JP6429978B2 - Resin composition and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、セルロースナノファイバーを含む樹脂組成物及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a resin composition containing cellulose nanofibers and a method for producing the same.
ガラス代替の透明プラスチック基板として、柔軟性と透明性を持ち、かつ耐熱性、高ガラス転移点、低線熱膨張係数を併せ持つ透明耐熱樹脂が求められている。そのような材料としては、例えば透明ポリイミドやポリエーテルスルホンなどのスーパーエンジニアリングプラスチックが知られている。しかし、それら材料は線熱膨張係数が高く、ガラス代替の材料としては十分とは言えない。また、価格が高く、工業製品として経済的に見合わない。 As a transparent plastic substrate for replacing glass, a transparent heat-resistant resin having flexibility and transparency and having heat resistance, a high glass transition point, and a low linear thermal expansion coefficient is required. As such materials, for example, super engineering plastics such as transparent polyimide and polyethersulfone are known. However, these materials have a high coefficient of linear thermal expansion, and are not sufficient as substitute materials for glass. In addition, the price is high and it is not economically suitable as an industrial product.
ところで、天然セルロース繊維をN−オキシル化合物存在下で酸化して得られたセルロースナノファイバーを樹脂と混合して樹脂組成物となし、該樹脂の特性を高める試みが種々なされている。例えば特許文献1には、天然セルロース繊維にN−オキシル化合物及び共酸化剤を作用させることにより得られる反応物繊維を、有機オニウム化合物で処理して微細修飾セルロース繊維を得、この微細修飾セルロース繊維とエポキシ樹脂とを混合してエポキシ樹脂コンポジットを得ることが記載されている。特許文献2には、低線膨張係数及び高透明性を有する樹脂組成物を得ることを目的として、直径が4〜1000nmであるセルロースナノファイバーと有機性カチオン化合物とからなる有機化繊維を、疎水性の樹脂に含有させることが記載されている。これらとは別に、特許文献3には、平均繊維径が4−200nmのセルロース繊維と、無機高分子、天然高分子又は合成高分子からなるマトリックスとを含有し、透明である配線基板が記載されている。 By the way, various attempts have been made to enhance the properties of the resin by mixing cellulose nanofibers obtained by oxidizing natural cellulose fibers in the presence of an N-oxyl compound with a resin to form a resin composition. For example, in Patent Document 1, a reaction product fiber obtained by allowing an N-oxyl compound and a cooxidant to act on natural cellulose fiber is treated with an organic onium compound to obtain a finely modified cellulose fiber. And epoxy resin are mixed to obtain an epoxy resin composite. In Patent Document 2, for the purpose of obtaining a resin composition having a low linear expansion coefficient and high transparency, an organic fiber composed of cellulose nanofibers having a diameter of 4 to 1000 nm and an organic cation compound is hydrophobic. It is described that it is contained in a functional resin. Apart from these, Patent Document 3 describes a transparent wiring substrate containing cellulose fibers having an average fiber diameter of 4 to 200 nm and a matrix made of an inorganic polymer, a natural polymer or a synthetic polymer. ing.
しかし、従来知られている方法ではセルロースナノファイバーを樹脂中に十分に分散させることが容易でない。また、樹脂の特性を向上させるためには、比較的多量のセルロースナノファイバーが必要である。 However, it is not easy to sufficiently disperse cellulose nanofibers in a resin by a conventionally known method. Moreover, in order to improve the characteristics of the resin, a relatively large amount of cellulose nanofiber is required.
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る、セルロースナノファイバーを含む樹脂組成物及びその製造方法を提供することにある。 Therefore, the subject of this invention is providing the resin composition containing the cellulose nanofiber which can eliminate the fault which the prior art mentioned above has, and its manufacturing method.
本発明は、セルロースナノファイバーと熱硬化性樹脂とを含有する樹脂組成物であって、
前記セルロースナノファイバーが、アミド結合を介して炭化水素基が結合してなるセルロースナノファイバー複合体である樹脂組成物を提供するものである。
The present invention is a resin composition containing cellulose nanofibers and a thermosetting resin,
The present invention provides a resin composition in which the cellulose nanofiber is a cellulose nanofiber composite in which a hydrocarbon group is bonded through an amide bond.
また本発明は、セルロースナノファイバーと熱硬化性樹脂とを含有する樹脂組成物であって、
更にアルキルイミダゾリン系分散剤を含む樹脂組成物を提供するものである。
The present invention is a resin composition containing cellulose nanofibers and a thermosetting resin,
Furthermore, the present invention provides a resin composition containing an alkyl imidazoline dispersant.
また本発明は、前記の樹脂組成物の好適な製造方法として、
(A1)炭化水素基がアミド結合を介して結合してなるセルロースナノファイバー複合体と、熱硬化前の熱硬化性樹脂プレポリマーとを混合して混合物を得、
(A2)前記混合物を所定の形状に成形して成形体を得、
(A3)前記成形体中の前記プレポリマーを熱硬化させる工程を有する樹脂組成物の製造方法を提供するものである。
In addition, the present invention provides a suitable method for producing the resin composition as described above.
(A1) A cellulose nanofiber composite formed by bonding a hydrocarbon group via an amide bond and a thermosetting resin prepolymer before thermosetting are mixed to obtain a mixture,
(A2) Molding the mixture into a predetermined shape to obtain a molded body,
(A3) The present invention provides a method for producing a resin composition comprising a step of thermosetting the prepolymer in the molded body.
更に本発明は、前記の樹脂組成物の好適な製造方法として、
(B1)セルロースナノファイバーと、熱硬化前の熱硬化性樹脂プレポリマーと、アルキルイミダゾリン系分散剤とを混合して混合物を得、
(B2)前記混合物を所定の形状に成形して成形体を得、
(B3)前記成形体中の前記プレポリマーを熱硬化させる工程を有する樹脂組成物の製造方法を提供するものである。
Furthermore, the present invention provides a method for producing the resin composition as described above.
(B1) Cellulose nanofibers, a thermosetting resin prepolymer before thermosetting, and an alkylimidazoline-based dispersant are mixed to obtain a mixture,
(B2) Molding the mixture into a predetermined shape to obtain a molded body,
(B3) The present invention provides a method for producing a resin composition having a step of thermosetting the prepolymer in the molded body.
本発明によれば、低線熱膨張係数を有する、セルロースナノファイバーを含む樹脂組成物が提供される。また本発明によれば、そのような樹脂組成物を容易に製造することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the resin composition containing a cellulose nanofiber which has a low linear thermal expansion coefficient is provided. Moreover, according to this invention, such a resin composition can be manufactured easily.
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明の樹脂組成物は、その構成成分の一つとしてセルロースナノファイバーを含んでいる。セルロースナノファイバーは、平均繊維径が好ましくは200nm以下のものである。セルロースナノファイバーの平均繊維径は、好ましくは1nm以上、そして、好ましくは200nm以下、更に好ましくは100nm以下、特に好ましくは50nm以下である。より具体的には、好ましくは1nm以上200nm以下、更に好ましくは1nm以上100nm以下、特に好ましくは1nm以上50nm以下である。平均繊維径は下記測定方法により測定される。 Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments thereof. The resin composition of the present invention contains cellulose nanofiber as one of its constituent components. Cellulose nanofibers preferably have an average fiber diameter of 200 nm or less. The average fiber diameter of the cellulose nanofiber is preferably 1 nm or more, and preferably 200 nm or less, more preferably 100 nm or less, and particularly preferably 50 nm or less. More specifically, it is preferably 1 nm to 200 nm, more preferably 1 nm to 100 nm, and particularly preferably 1 nm to 50 nm. The average fiber diameter is measured by the following measuring method.
<平均繊維径の測定方法>
固形分濃度0.0001質量%のセルロースナノファイバー水分散液を調製し、該分散液を、マイカ(雲母)上に滴下して乾燥したものを観察試料とし、原子間力顕微鏡(NanoNaVi II, SPA400,エスアイアイナノテクノロジー(株)製、プローブは同社製のSI−DF40Alを使用)を用いて、該観察試料中のセルロースナノファイバーの繊維高さを測定する。そして、セルロースナノファイバーが確認できる顕微鏡画像において、セルロースナノファイバーを5本以上抽出し、それらの繊維高さから平均繊維径を算出する。一般に高等植物から調製されるセルロースナノファイバーの最小単位は6本×6本の分子鎖がほぼ正方形の形でパッキングされていることから、原子間力顕微鏡による画像で分析できる高さを繊維の幅と見なすことができる。
<Measurement method of average fiber diameter>
A cellulose nanofiber aqueous dispersion having a solid content concentration of 0.0001% by mass was prepared, and the dispersion was dropped onto mica (mica) and dried to obtain an observation sample. Atomic force microscope (NanoNaVi II, SPA400) , Manufactured by SII NanoTechnology Co., Ltd., and the probe uses SI-DF40Al manufactured by the same company), and the fiber height of the cellulose nanofiber in the observation sample is measured. And in the microscope image which can confirm a cellulose nanofiber, five or more cellulose nanofibers are extracted, and an average fiber diameter is computed from those fiber heights. In general, the smallest unit of cellulose nanofibers prepared from higher plants is packed in a square shape with 6 x 6 molecular chains, so the height that can be analyzed with an atomic force microscope image is the width of the fiber. Can be considered.
セルロースナノファイバーは、微細であること(平均繊維径が好ましくは200nm以下であること)に加え、セルロースのカルボキシル基含有量が所定の範囲にあることが好ましい。具体的には、セルロースナノファイバーを構成するセルロースのカルボキシル基含有量は、好ましくは0.1mmol/g以上、更に好ましくは0.4mmol/g以上、特に好ましくは0.6mmol/g以上であり、そして、好ましくは3mmol/g以下、更に好ましくは2mmol/g以下、特に好ましくは1.8mmol/g以下である。より具体的には、好ましくは0.1mmol/g以上3mmol/g以下、更に好ましくは0.4mmol/g以上2mmol/g以下、特に好ましくは0.6mmol/g以上1.8mmol/g以下である。 In addition to being fine (the average fiber diameter is preferably 200 nm or less), the cellulose nanofibers preferably have a cellulose carboxyl group content within a predetermined range. Specifically, the carboxyl group content of cellulose constituting the cellulose nanofiber is preferably 0.1 mmol / g or more, more preferably 0.4 mmol / g or more, particularly preferably 0.6 mmol / g or more, And it is preferably 3 mmol / g or less, more preferably 2 mmol / g or less, and particularly preferably 1.8 mmol / g or less. More specifically, it is preferably 0.1 mmol / g or more and 3 mmol / g or less, more preferably 0.4 mmol / g or more and 2 mmol / g or less, and particularly preferably 0.6 mmol / g or more and 1.8 mmol / g or less. .
セルロースナノファイバーを構成するセルロースのカルボキシル基含有量が0.1mmol/g以上3mmol/g以下であることは、好ましくは平均繊維径200nm以下の微小な平均繊維径をもつセルロースナノファイバーを安定的に得る上で重要な要素である。すなわち、天然セルロースの生合成の過程においては、通常、ミクロフィブリルと呼ばれるセルロースナノファイバーがまず形成され、これらが多束化して高次な固体構造を構築しているところ、セルロースナノファイバーは、これを原理的に利用して得られるものであり、天然由来のセルロース固体原料においてミクロフィブリル間の強い凝集力の原動となっている表面間の水素結合を弱めるために、その一部を酸化し、カルボキシル基に変換することによって得られる。したがって、セルロースに存在するカルボキシル基の量の総和(カルボキシル基含有量)が多いほうが、より微小な繊維径として安定に存在することができ、また水中においては、電気的な反発力が生じることにより、ミクロフィブリルが凝集を維持せずにばらばらになろうとする傾向が高まり、セルロースナノファイバーの分散安定性がより増大する。セルロースナノファイバーのカルボキシル基含有量は下記測定方法により測定される。 The carboxyl group content of the cellulose constituting the cellulose nanofiber is preferably 0.1 mmol / g or more and 3 mmol / g or less, so that cellulose nanofibers having a fine average fiber diameter of preferably 200 nm or less can be stably formed. It is an important factor in obtaining. That is, in the process of biosynthesis of natural cellulose, normally, cellulose nanofibers called microfibrils are first formed, and these are bundled to form a higher-order solid structure. In order to weaken the hydrogen bonds between the surfaces that are the driving force of strong cohesion between microfibrils in naturally derived cellulose solid raw materials, some of them are oxidized, Obtained by conversion to a carboxyl group. Therefore, the larger the total amount of carboxyl groups (carboxyl group content) present in cellulose, the smaller the fiber diameter, the more stable it can exist, and in water, an electrical repulsive force is generated. In addition, the tendency of the microfibrils to break apart without maintaining aggregation is increased, and the dispersion stability of the cellulose nanofibers is further increased. The carboxyl group content of the cellulose nanofiber is measured by the following measurement method.
<カルボキシル基含有量の測定方法>
乾燥質量0.5gのセルロースナノファイバーを100mlビーカーにとり、イオン交換水を加えて全体で55mlとし、そこに0.01M塩化ナトリウム水溶液5mlを加えて分散液を調製し、セルロースナノファイバーが十分に分散するまで該分散液を攪拌する。この分散液に0.1M塩酸を加えてpHを2.5〜3に調整し、自動滴定装置(AUT−50、東亜ディーケーケー(株)製)を用い、0.05M水酸化ナトリウム水溶液を待ち時間60秒の条件で該分散液に滴下し、1分ごとの電導度及びpHの値を測定する。pH11になるまで測定を続け、電導度曲線を得る。この電導度曲線から、水酸化ナトリウム滴定量を求め、次式により、セルロースナノファイバーのカルボキシル基含有量を算出する。
カルボキシル基含有量(mmol/g)=水酸化ナトリウム滴定量×水酸化ナトリウム水溶液濃度(0.05M)/セルロースナノファイバーの質量(0.5g)
<Measurement method of carboxyl group content>
Take a cellulose nanofiber with a dry mass of 0.5 g in a 100 ml beaker, add ion exchange water to make a total of 55 ml, add 5 ml of 0.01 M sodium chloride aqueous solution to prepare a dispersion, and fully disperse the cellulose nanofiber. The dispersion is stirred until 0.1M hydrochloric acid is added to this dispersion to adjust the pH to 2.5-3, and 0.05M sodium hydroxide aqueous solution is waited for using an automatic titrator (AUT-50, manufactured by Toa DKK Co., Ltd.). The solution is dropped into the dispersion under conditions of 60 seconds, and the conductivity and pH values are measured every minute. Measurement is continued until pH 11 is obtained to obtain a conductivity curve. From this conductivity curve, the sodium hydroxide titration amount is obtained, and the carboxyl group content of the cellulose nanofiber is calculated by the following formula.
Carboxyl group content (mmol / g) = sodium hydroxide titration × sodium hydroxide aqueous solution concentration (0.05 M) / mass of cellulose nanofiber (0.5 g)
セルロースナノファイバーは、例えば天然セルロース繊維を酸化して反応物繊維を得る酸化反応工程、及び該反応物繊維を微細化処理する微細化工程を含む製造方法によって得ることができる。以下に各工程について詳細に説明する。 Cellulose nanofibers can be obtained, for example, by a production method including an oxidation reaction step in which a natural cellulose fiber is oxidized to obtain a reactant fiber, and a refinement step in which the reactant fiber is refined. Each step will be described in detail below.
前記酸化反応工程では、まず、水中に天然セルロース繊維を分散させたスラリーを調製する。スラリーは、原料となる天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して約10倍量以上約1000倍量以下(質量基準)の水を加え、ミキサー等で処理することにより得られる。天然セルロース繊維としては、例えば、針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ等の木材パルプ;コットンリンター、コットンリントのような綿系パルプ;麦わらパルプ、バガスパルプ等の非木材系パルプ;バクテリアセルロース等が挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。天然セルロース繊維は、叩解等の表面積を高める処理が施されていてもよい。 In the oxidation reaction step, first, a slurry in which natural cellulose fibers are dispersed in water is prepared. The slurry is obtained by adding about 10 times to about 1000 times (mass basis) of water to the natural cellulose fiber (absolute dry basis) as a raw material, and processing with a mixer or the like. Examples of natural cellulose fibers include wood pulp such as softwood pulp and hardwood pulp; cotton pulp such as cotton linter and cotton lint; non-wood pulp such as straw pulp and bagasse pulp; and bacterial cellulose. These 1 type can be used individually or in combination of 2 or more types. The natural cellulose fiber may be subjected to a treatment for increasing the surface area such as beating.
次に、水中においてN−オキシル化合物を酸化触媒として天然セルロース繊維を酸化処理して反応物繊維を得る。セルロースの酸化触媒として使用可能なN−オキシル化合物としては、例えば、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(以下、TEMPOとも表記する)、4−アセトアミド−TEMPO、4−カルボキシ−TEMPO、4−フォスフォノオキシ−TEMPO等を用いることができる。これらN−オキシル化合物の添加は触媒量で十分であり、通常、原料として用いた天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して0.1質量%以上10質量%以下となる範囲である。 Next, a natural fiber is oxidized in water using an N-oxyl compound as an oxidation catalyst to obtain a reactant fiber. Examples of N-oxyl compounds that can be used as an oxidation catalyst for cellulose include 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (hereinafter also referred to as TEMPO), 4-acetamide-TEMPO, 4-carboxy-TEMPO, 4-phosphonooxy-TEMPO, etc. can be used. The addition of these N-oxyl compounds is sufficient in a catalytic amount, and is usually in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the natural cellulose fiber (absolute dry basis) used as a raw material.
前記天然セルロース繊維の酸化処理においては、酸化剤(例えば、次亜ハロゲン酸又はその塩、亜ハロゲン酸又はその塩、過ハロゲン酸又はその塩、過酸化水素、過有機酸等)と、共酸化剤(例えば、臭化ナトリウム等の臭化アルカリ金属)とを併用する。酸化剤としては、特に、次亜塩素酸ナトリウムや次亜臭素酸ナトリウム等のアルカリ金属次亜ハロゲン酸塩が好ましい。酸化剤の使用量は、通常、原料として用いた天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して約1質量%以上約100質量%以下となる範囲である。また、共酸化剤の使用量は、通常、原料として用いた天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して約1質量%以上約30質量%以下となる範囲である。 In the oxidation treatment of the natural cellulose fiber, cooxidation with an oxidizing agent (for example, hypohalous acid or a salt thereof, hypohalous acid or a salt thereof, perhalogenic acid or a salt thereof, hydrogen peroxide, a perorganic acid, etc.) An agent (for example, an alkali metal bromide such as sodium bromide) is used in combination. As the oxidizing agent, alkali metal hypohalites such as sodium hypochlorite and sodium hypobromite are particularly preferable. The amount of the oxidizing agent used is usually in the range of about 1% by mass or more and about 100% by mass or less based on the natural cellulose fiber (absolute dry standard) used as a raw material. Moreover, the usage-amount of a co-oxidant is the range used normally as about 1 mass% or more and about 30 mass% or less with respect to the natural cellulose fiber (absolute dry reference | standard) used as a raw material.
また、前記天然セルロース繊維の酸化処理においては、酸化反応を効率良く進行させる観点から、反応液(前記スラリー)のpHは9以上12以下の範囲で維持されることが望ましい。また、酸化処理の温度(前記スラリーの温度)は、1℃以上50℃以下において任意であるが、室温で反応可能であり、特に温度制御は必要としない。また、反応時間は1分間以上240分間以下が望ましい。 Further, in the oxidation treatment of the natural cellulose fiber, it is desirable that the pH of the reaction solution (the slurry) is maintained in the range of 9 or more and 12 or less from the viewpoint of allowing the oxidation reaction to proceed efficiently. The temperature of the oxidation treatment (the temperature of the slurry) is arbitrary at 1 ° C. or more and 50 ° C. or less, but the reaction is possible at room temperature, and temperature control is not particularly required. The reaction time is preferably 1 minute or more and 240 minutes or less.
前記酸化反応工程後、前記微細化工程前に精製工程を実施し、未反応の酸化剤や各種副生成物等の、前記スラリー中に含まれる反応物繊維及び水以外の不純物を除去することが好ましい。反応物繊維は通常、この段階ではセルロースナノファイバー単位までばらばらに分散していないため、精製工程では、例えば水洗とろ過を繰り返す精製法を行うことができ、その際に用いる精製装置は特に制限されない。こうして得られる精製処理された酸化セルロース繊維(若しくはカルボキシル基含有セルロース繊維と呼ぶ)は、通常、適量の水を含浸させた状態で次工程(微細化工程)に送られるが、必要に応じ、乾燥処理した繊維状や粉末状としてもよい。 After the oxidation reaction step, before the refinement step, a purification step is performed to remove impurities other than reactant fibers and water contained in the slurry, such as unreacted oxidant and various by-products. preferable. Since the reaction fiber is not normally dispersed to the cellulose nanofiber unit at this stage, in the purification process, for example, a purification method in which water washing and filtration are repeated can be performed, and the purification apparatus used in that case is not particularly limited. . The purified oxidized cellulose fibers (or called carboxyl group-containing cellulose fibers) thus obtained are usually sent to the next step (miniaturization step) impregnated with an appropriate amount of water, but dried if necessary. It is good also as the processed fiber form and powder form.
前記微細化工程では、前記精製工程を経た反応物繊維を水等の溶媒中に分散させ微細化処理を施す。この微細化工程を経ることにより、平均繊維径及びカルボキシル基含有量がそれぞれ前記範囲にあるセルロースナノファイバーが得られる。 In the refinement step, the reaction product fibers that have undergone the purification step are dispersed in a solvent such as water, and the refinement process is performed. By passing through this refinement | miniaturization process, the cellulose nanofiber which has an average fiber diameter and carboxyl group content in the said range, respectively is obtained.
前記微細化処理において、分散媒としての溶媒は通常は水が好ましいが、水以外にも目的に応じて水に可溶な有機溶媒(アルコール類、エーテル類、ケトン類等)を使用してもよく、これらの混合物も好適に使用できる。また、微細化処理で使用する分散機としては、例えば、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、二軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等を用いることができる。また、微細化処理における酸化セルロース繊維の固形分濃度は50質量%以下が好ましい。固形分濃度を50質量%以下にすることで、分散に要するエネルギーが過度に高くならないので好ましい。 In the above-mentioned micronization treatment, the solvent as the dispersion medium is usually preferably water, but water-soluble organic solvents (alcohols, ethers, ketones, etc.) may be used in addition to water depending on the purpose. Well, a mixture of these can also be used suitably. Examples of the disperser used in the miniaturization process include a disaggregator, a beater, a low pressure homogenizer, a high pressure homogenizer, a grinder, a cutter mill, a ball mill, a jet mill, a short screw extruder, a twin screw extruder, and an ultrasonic stirrer. A home juicer mixer or the like can be used. The solid content concentration of the oxidized cellulose fiber in the refining treatment is preferably 50% by mass or less. It is preferable that the solid content concentration is 50% by mass or less because the energy required for dispersion does not become excessively high.
このような天然セルロース繊維の酸化処理及び微細化処理により、セルロース構成単位のC6位の水酸基がアルデヒド基を経由してカルボキシル基へと選択的に酸化され、平均繊維径が好ましくは200nm以下にまで微細化された高結晶性セルロース繊維を得ることができる。この高結晶性セルロース繊維は、セルロースI型結晶構造を有している。これは、セルロースナノファイバーが、I型結晶構造を有する天然由来のセルロース固体原料が表面酸化され微細化された繊維であることを意味する。すなわち、天然セルロース繊維は、その生合成の過程において生産されるミクロフィブリルと呼ばれる微細な繊維が多束化して高次な固体構造を構築しており、そのミクロフィブリル間の強い凝集力(表面間の水素結合)を、前記酸化処理によるアルデヒド基あるいはカルボキシル基の導入によって弱め、更に前記微細化処理を経ることで、セルロースナノファイバーが得られる。そして、前記酸化処理の条件を調整することにより、前記カルボキシル基含有量を所定範囲内にて増減させ、極性を変化させたり、該カルボキシル基の静電反発や前記微細化処理により、セルロースナノファイバーの平均繊維径、平均繊維長、平均アスペクト比等を制御することができる。 By such oxidation treatment and refinement treatment of natural cellulose fiber, the hydroxyl group at the C6 position of the cellulose constituent unit is selectively oxidized to a carboxyl group via an aldehyde group, and the average fiber diameter is preferably up to 200 nm or less. Finely divided highly crystalline cellulose fibers can be obtained. This highly crystalline cellulose fiber has a cellulose I-type crystal structure. This means that the cellulose nanofiber is a fiber obtained by surface-oxidizing and refining a naturally-derived cellulose solid raw material having an I-type crystal structure. That is, natural cellulose fibers have a high-order solid structure formed by a bundle of fine fibers called microfibrils produced in the process of biosynthesis, and a strong cohesive force between the microfibrils (between surfaces). The cellulose nanofibers can be obtained by weakening the hydrogen bond) by introducing the aldehyde group or carboxyl group by the oxidation treatment, and further through the refinement treatment. Then, by adjusting the conditions for the oxidation treatment, the carboxyl group content is increased or decreased within a predetermined range, the polarity is changed, the electrostatic repulsion of the carboxyl group or the refinement treatment, cellulose nanofibers The average fiber diameter, average fiber length, average aspect ratio, and the like can be controlled.
このようにして得られたセルロースナノファイバーの形態は、セルロースナノファイバーが分散液中に分散した状態である。必要に応じ、固形分濃度を調整した懸濁液状(目視的に無色透明又は不透明な液)、あるいは乾燥処理した粉末状(ただし、セルロースナノファイバーが凝集した粉末状であり、セルロース粒子を意味するものではない)とすることもできる。懸濁液状にする場合、分散媒として水のみを使用してもよく、水と他の有機溶媒(例えば、エタノール等のアルコール類)や界面活性剤、酸、塩基等との混合溶媒を使用してもよい。 Thus, the form of the cellulose nanofiber obtained is a state in which the cellulose nanofiber is dispersed in the dispersion. If necessary, it is a suspension in which the solid content concentration is adjusted (a visually transparent or opaque liquid) or a dried powder (however, a powder in which cellulose nanofibers are aggregated, which means cellulose particles. It is not a thing). In the case of suspension, only water may be used as a dispersion medium, and a mixed solvent of water and other organic solvents (for example, alcohols such as ethanol), surfactants, acids, bases, etc. is used. May be.
本発明の樹脂組成物においては、このようにして得られたセルロースナノファイバーを用いてもよく、あるいは該セルロースナノファイバーにおけるカルボキシル基を炭化水素基で修飾して疎水化したセルロースナノファイバー(以下、「セルロースナノファイバー複合体」とも言う。)を用いることもできる。以下、このセルロースナノファイバー複合体について説明する。 In the resin composition of the present invention, the cellulose nanofibers thus obtained may be used, or cellulose nanofibers (hereinafter referred to as “hydrophobized cellulose nanofibers”) that have been made hydrophobic by modifying the carboxyl groups in the cellulose nanofibers with hydrocarbon groups. Also referred to as “cellulose nanofiber composite”). Hereinafter, the cellulose nanofiber composite will be described.
セルロースナノファイバー複合体は、セルロース主鎖の側鎖として炭化水素基を有している。炭化水素基はアミド結合を介してセルロース主鎖に結合している。炭化水素基としては、例えば、炭素数1の炭化水素基、又は炭素数2〜30の飽和若しくは不飽和の直鎖状若しくは分岐状の炭化水素基が挙げられる。これらの炭化水素基は、後述するように、セルロースナノファイバー複合体の製造時に原料として用いられる第1級アミン又は第2級アミン由来のものである。具体例として以下の炭化水素基が挙げられる。
・炭素数1の炭化水素基:メチル基。
・炭素数2〜30の飽和の、直鎖状の炭化水素基:エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、オクタデシル基、ドコシル基、オクタコサニル基。
・炭素数2〜30の不飽和の、直鎖状の炭化水素基:オレイル基、ミリストレイル基、パルミトレイル基、リノレイル基、リノレニル基、エイコサニル基。
炭素数2〜30の飽和の、分岐状の炭化水素基:イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、t−ペンチル基、イソへキシル基、2−ヘキシル基、ジメチルブチル基、エチルブチル基。
The cellulose nanofiber composite has a hydrocarbon group as a side chain of the cellulose main chain. The hydrocarbon group is bonded to the cellulose main chain through an amide bond. Examples of the hydrocarbon group include a hydrocarbon group having 1 carbon atom, and a saturated or unsaturated linear or branched hydrocarbon group having 2 to 30 carbon atoms. As will be described later, these hydrocarbon groups are derived from a primary amine or a secondary amine used as a raw material during the production of the cellulose nanofiber composite. Specific examples include the following hydrocarbon groups.
-A hydrocarbon group having 1 carbon atom: a methyl group.
-C2-C30 saturated, linear hydrocarbon group: ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, octadecyl group, docosyl group An octacosanyl group.
-Unsaturated, linear hydrocarbon group having 2 to 30 carbon atoms: oleyl group, myristol group, palmitoleyl group, linoleyl group, linolenyl group, eicosanyl group.
A saturated branched hydrocarbon group having 2 to 30 carbon atoms: isopropyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, isopentyl group, t-pentyl group, isohexyl group, 2-hexyl group, Dimethylbutyl group, ethylbutyl group.
炭化水素基の炭素数は、熱硬化性樹脂との組み合わせによって任意に選択されるが、1以上、特に3以上、とりわけ10以上であることが好ましく、また30以下、特に20以下、とりわけ18以下であることが好ましい。例えば1以上30以下であることが好ましく、3以上20以下であることが好ましく、10以上18以下であることが一層好ましい。炭素数が上述の範囲にあることで、セルロースナノファイバー複合体と熱硬化性樹脂が均一な混合状態となり、低線熱膨張係数など樹脂組成物として良好な物性が得られる。 The number of carbon atoms of the hydrocarbon group is arbitrarily selected depending on the combination with the thermosetting resin, but is preferably 1 or more, particularly 3 or more, particularly 10 or more, and 30 or less, particularly 20 or less, especially 18 or less. It is preferable that For example, it is preferably 1 or more and 30 or less, preferably 3 or more and 20 or less, and more preferably 10 or more and 18 or less. When the carbon number is in the above range, the cellulose nanofiber composite and the thermosetting resin are in a uniform mixed state, and good physical properties such as a low linear thermal expansion coefficient are obtained.
また前記炭化水素基の他にも、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基など親水基を有する炭化水素基や、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのポリエーテル鎖や、ラクチド、カプロラクトンなどのポリエステル鎖を有する炭化水素基も、本発明で用いるセルロースナノファイバー複合体においてアミド結合を介して結合する炭化水素基として、好適に用いられる。 In addition to the hydrocarbon group, a hydrocarbon group having a hydrophilic group such as hydroxyethyl group or hydroxypropyl group, a polyether chain such as ethylene glycol or propylene glycol, or a hydrocarbon chain having a polyester chain such as lactide or caprolactone. The group is also preferably used as a hydrocarbon group bonded through an amide bond in the cellulose nanofiber composite used in the present invention.
また前記炭化水素基の他にも、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの脂環式炭化水素基や、ベンジル基、フェニル基などの芳香族炭化水素基も、本発明で用いるセルロースナノファイバー複合体においてアミド結合を介して結合する炭化水素基として、好適に用いられる。 In addition to the hydrocarbon group, alicyclic hydrocarbon groups such as cyclopentyl group and cyclohexyl group, and aromatic hydrocarbon groups such as benzyl group and phenyl group are also amides in the cellulose nanofiber composite used in the present invention. It is preferably used as a hydrocarbon group bonded through a bond.
セルロースナノファイバー複合体中の炭化水素基の平均結合量(セルロースナノファイバー複合体の単位質量当たりの平均結合量)は、好ましくは0.1mmol/g以上、更に好ましくは0.5mmol/g以上、そして、好ましくは3mmol/g以下、更に好ましくは2mmol/g以下、特に好ましくは1mmol/g以下である。より具体的には、好ましくは0.1mmol/g以上3mmol/g以下、更に好ましくは0.1mmol/g以上2mmol/g以下、特に好ましくは0.5mmol/g以上1mmol/g以下である。炭化水素基の平均結合量は、次式により算出される。次式において、「炭化水素基導入前のセルロースナノファイバーのカルボキシル基含有量」は、前記<セルロースナノファイバーのカルボキシル基含有量の測定方法>により測定され、「炭化水素基導入後のセルロースナノファイバー複合体のカルボキシル基含有量」は、後述する<セルロースナノファイバー複合体のカルボキシル基含有量の測定方法>により測定される。
炭化水素基の結合量(mmol/g)=炭化水素基導入前のセルロースナノファイバーのカルボキシル基含有量(mmol/g)−炭化水素基導入後のセルロースナノファイバー複合体のカルボキシル基含有量(mmol/g)
The average binding amount of hydrocarbon groups in the cellulose nanofiber composite (average binding amount per unit mass of the cellulose nanofiber composite) is preferably 0.1 mmol / g or more, more preferably 0.5 mmol / g or more, And it is preferably 3 mmol / g or less, more preferably 2 mmol / g or less, and particularly preferably 1 mmol / g or less. More specifically, it is preferably 0.1 mmol / g or more and 3 mmol / g or less, more preferably 0.1 mmol / g or more and 2 mmol / g or less, and particularly preferably 0.5 mmol / g or more and 1 mmol / g or less. The average bond amount of the hydrocarbon group is calculated by the following formula. In the following formula, “carboxyl group content of cellulose nanofiber before introduction of hydrocarbon group” is measured by the above <Method for measuring carboxyl group content of cellulose nanofiber>, and “cellulose nanofiber after introduction of hydrocarbon group” The “carboxyl group content of the composite” is measured according to <Measurement method of carboxyl group content of cellulose nanofiber composite> described later.
Bond amount of hydrocarbon group (mmol / g) = carboxyl group content of cellulose nanofiber before introduction of hydrocarbon group (mmol / g) -carboxyl group content of cellulose nanofiber composite after introduction of hydrocarbon group (mmol) / G)
また、セルロースナノファイバー複合体中の炭化水素基の平均結合量から、次式により、原料であるセルロースナノファイバーへの炭化水素基の導入率を算出することができる。
炭化水素基の導入率(%)={セルロースナノファイバー複合体中の炭化水素基の平均結合量(mmol/g)/炭化水素基導入前のセルロースナノファイバーのカルボキシル基含有量(mmol/g)}×100
Moreover, the introduction rate of the hydrocarbon group to the cellulose nanofiber which is a raw material can be calculated from the average binding amount of the hydrocarbon group in the cellulose nanofiber composite according to the following formula.
Introduction rate of hydrocarbon groups (%) = {average amount of bonded hydrocarbon groups in the cellulose nanofiber composite (mmol / g) / carboxyl group content of cellulose nanofibers before introducing hydrocarbon groups (mmol / g) } × 100
セルロースナノファイバー複合体は、好ましくは、カルボキシル基を有するセルロースナノファイバーの該カルボキシル基をアミド化することで得られる。この場合、セルロースナノファイバー複合体中のカルボキシル基のすべてがアミド化されていてもよく、あるいはカルボキシル基がアミド化されずに残存していても構わないし、更にカルボキシル基が第1〜2級アミン塩化した状態で残存されていても構わない。本発明で用いるセルロースナノファイバー複合体のカルボキシル基含有量は、好ましくは0mmol/g以上、更に好ましくは0.2mmol/g以上、そして、好ましくは2.9mmol/g以下、更に好ましくは1mmol/g以下、特に好ましくは0.8mmol/g以下である。より具体的には、好ましくは0mmol/g以上2.9mmol/g以下、更に好ましくは0mmol/g以上1mmol/g以下、特に好ましくは0.2mmol/g以上0.8mmol/g以下である。セルロースナノファイバー複合体のカルボキシル基含有量は、次のようにして測定される。 The cellulose nanofiber composite is preferably obtained by amidating the carboxyl group of a cellulose nanofiber having a carboxyl group. In this case, all of the carboxyl groups in the cellulose nanofiber composite may be amidated, or the carboxyl groups may remain without being amidated, and the carboxyl group may be a primary or secondary amine. It may remain in a salified state. The carboxyl group content of the cellulose nanofiber composite used in the present invention is preferably 0 mmol / g or more, more preferably 0.2 mmol / g or more, and preferably 2.9 mmol / g or less, more preferably 1 mmol / g. Hereinafter, it is particularly preferably 0.8 mmol / g or less. More specifically, it is preferably 0 mmol / g or more and 2.9 mmol / g or less, more preferably 0 mmol / g or more and 1 mmol / g or less, and particularly preferably 0.2 mmol / g or more and 0.8 mmol / g or less. The carboxyl group content of the cellulose nanofiber composite is measured as follows.
<セルロースナノファイバー複合体のカルボキシル基含有量の測定方法>
乾燥質量0.5gのセルロースナノファイバー複合体を100mLビーカーにとり、イオン交換水又はメタノール/水=2/1の混合溶媒を加えて全体で55mLとし、そこに0.01M塩化ナトリウム水溶液5mLを加えて分散液を調製し、セルロースナノファイバー複合体が十分に分散するまで該分散液を攪拌する。この分散液に0.1M塩酸を加えてpHを2.5〜3に調整し、自動滴定装置(東亜ディーケーケー社製、商品名「AUT−50」)を用い、0.05M水酸化ナトリウム水溶液を待ち時間60秒の条件で該分散液に滴下し、1分ごとの電導度及びpHの値を測定し、pH11になるまで測定を続け、電導度曲線を得る。この電導度曲線から、水酸化ナトリウム滴定量を求め、次式により、セルロースナノファイバー複合体のカルボキシル基含有量を算出する。
セルロースナノファイバー複合体のカルボキシル基含有量(mmol/g)=水酸化ナトリウム滴定量(ml)×水酸化ナトリウム水溶液濃度(0.05M)/微細セルロース繊維複合体の質量(0.5g)
<Method for measuring carboxyl group content of cellulose nanofiber composite>
Take a cellulose nanofiber composite with a dry mass of 0.5 g in a 100 mL beaker, add ion-exchanged water or a mixed solvent of methanol / water = 2/1 to make a total of 55 mL, and add 5 mL of 0.01 M sodium chloride aqueous solution to it. A dispersion is prepared, and the dispersion is stirred until the cellulose nanofiber composite is sufficiently dispersed. 0.1M hydrochloric acid was added to this dispersion to adjust the pH to 2.5-3, and 0.05M sodium hydroxide aqueous solution was added using an automatic titrator (trade name “AUT-50” manufactured by Toa DKK Corporation). It is dropped into the dispersion under a condition of a waiting time of 60 seconds, and the conductivity and pH values are measured every minute, and the measurement is continued until pH 11 is obtained, thereby obtaining an conductivity curve. From this conductivity curve, the sodium hydroxide titration amount is obtained, and the carboxyl group content of the cellulose nanofiber composite is calculated by the following formula.
Carboxyl nanofiber composite carboxyl group content (mmol / g) = sodium hydroxide titration (ml) × sodium hydroxide aqueous solution concentration (0.05 M) / mass of fine cellulose fiber composite (0.5 g)
セルロースナノファイバー複合体は、好ましくは、セルロースナノファイバーに、炭化水素基を有する第1級アミン化合物又は第2級アミン化合物(以下、これらを総称して「アミン化合物」とも言う。)を、アミド結合を介して結合させることで得ることができる。 In the cellulose nanofiber composite, preferably, a primary amine compound or a secondary amine compound having a hydrocarbon group (hereinafter, collectively referred to as “amine compound”) is added to the cellulose nanofiber. It can be obtained by bonding via a bond.
使用されるアミン化合物は、製造目的物であるセルロースナノファイバー複合体において、アミド結合又はイオン結合を介して結合する炭化水素基を構成するものである。第1級アミンとしては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン等のモノアルキルアミンが挙げられる。第2級アミンとしては、例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ジオクタデシルアミン等のジアルキルアミンが挙げられる。 The amine compound used constitutes a hydrocarbon group that is bonded via an amide bond or an ionic bond in the cellulose nanofiber composite that is the production object. Examples of the primary amine include monoalkylamines such as methylamine, ethylamine, propylamine, isopropylamine, butylamine, hexylamine, octylamine, decylamine, dodecylamine, octadecylamine, and oleylamine. Examples of the secondary amine include dialkylamines such as dimethylamine, diethylamine, dibutylamine, and dioctadecylamine.
アミン化合物とセルロースナノファイバーとのアミド化反応を効率良く進行させる観点から、反応系に縮合剤を添加してもよい。縮合剤の添加は、セルロースナノファイバーの分散液中にアミン化合物を添加した後が好ましい。縮合剤としては、カルボジイミド系縮合剤、トリアジン系縮合剤、ホスホニウム型縮合剤、ベンゾトリアゾール型縮合剤、イミダゾール系縮合剤、極性基含有ハロゲン化カルボン酸等が使用できる。具体的には、例えば、DMT−MM(4−(4,4−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルフォリニウムクロライド)、EDC(1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドヒドロクロライド)、BOP(ベンゾトリアゾール−1−イル−オキシ−トリス(ジメチルアミノ)ホスホニウムヘキサフルオロホスフェイト)、ベンゾトリアゾール−1−イル−オキシ−トリピロリジノホスホニウムヘキサフルオロホスフェイト、HBTU(o−(ベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N',N'−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスフェイト)、1,2−ベンゾイソチアゾリン−3−オン等が挙げられる。 From the viewpoint of efficiently proceeding the amidation reaction between the amine compound and the cellulose nanofiber, a condensing agent may be added to the reaction system. The condensing agent is preferably added after the amine compound is added to the dispersion of cellulose nanofibers. As the condensing agent, a carbodiimide condensing agent, a triazine condensing agent, a phosphonium condensing agent, a benzotriazole condensing agent, an imidazole condensing agent, a polar group-containing halogenated carboxylic acid and the like can be used. Specifically, for example, DMT-MM (4- (4,4-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl) -4-methylmorpholinium chloride), EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride), BOP (benzotriazol-1-yl-oxy-tris (dimethylamino) phosphonium hexafluorophosphate), benzotriazol-1-yl-oxy-tripyrrolidinophosphonium hexafluoro Examples thereof include phosphate, HBTU (o- (benzotriazol-1-yl) -N, N, N ′, N′-tetramethyluronium hexafluorophosphate), 1,2-benzisothiazolin-3-one, and the like. .
アミン化合物とセルロースナノファイバーとのアミド化反応において、反応系の温度(アミド化反応の反応温度)は、好ましくは20℃以上80℃以下であり、反応時間は好ましくは1時間以上24時間以下である。アミド化反応の終了後、常法に従って反応系を洗浄・ろ過して、未反応物や各種副生成物等の不純物を除去する。こうして、セルロースナノファイバーに炭化水素基がアミド結合を介して結合してなるセルロースナノファイバー複合体が得られる。セルロースナノファイバー複合体は、洗浄時に使用した溶媒(例えばアセトン)を含浸させた膨潤ゲルであってもよく、あるいは乾燥した繊維状や粉末状等であってもよい。 In the amidation reaction between an amine compound and cellulose nanofiber, the temperature of the reaction system (reaction temperature of the amidation reaction) is preferably 20 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and the reaction time is preferably 1 hour or longer and 24 hours or shorter. is there. After completion of the amidation reaction, the reaction system is washed and filtered according to a conventional method to remove impurities such as unreacted substances and various by-products. In this way, a cellulose nanofiber composite in which a hydrocarbon group is bonded to cellulose nanofiber via an amide bond is obtained. The cellulose nanofiber composite may be a swollen gel impregnated with a solvent (for example, acetone) used at the time of washing, or may be a dried fiber or powder.
本発明の樹脂組成物は、その構成成分として、上述したセルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体に加えて熱硬化性樹脂を含有している。熱硬化性樹脂は、本発明の樹脂組成物において、セルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体と均一に分散した状態で存在している。熱硬化性樹脂の種類に特に制限はない。熱硬化性樹脂の例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は1種を単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。これらの熱硬化性樹脂のうち、特にエポキシ樹脂を用いることが、セルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体との均一な分散性が一層高くなる点から好ましい。 The resin composition of the present invention contains a thermosetting resin as a constituent component in addition to the above-described cellulose nanofiber or cellulose nanofiber composite. The thermosetting resin is present in the resin composition of the present invention in a state of being uniformly dispersed with the cellulose nanofiber or the cellulose nanofiber composite. There is no restriction | limiting in particular in the kind of thermosetting resin. Examples of the thermosetting resin include epoxy resin, phenol resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, and the like. These thermosetting resins can be used alone or in combination of two or more. Among these thermosetting resins, it is particularly preferable to use an epoxy resin because uniform dispersibility with cellulose nanofibers or cellulose nanofiber composites is further increased.
本発明の樹脂組成物の構成成分として、セルロースナノファイバー複合体及び熱硬化性樹脂を用いる場合には、この2成分でもって両者が均一に分散した状態の組成物を得ることができる。一方、本発明の樹脂組成物の構成成分として、セルロースナノファイバー及び熱硬化性樹脂を用いる場合には、第3成分としてアルキルイミダゾリン系分散剤を併用することが、セルロースナノファイバーと熱硬化性樹脂との均一な分散が高まる点から有利である。以下の説明においては、セルロースナノファイバー複合体及び熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物のことを「樹脂組成物A」とも言う。また、セルロースナノファイバー、熱硬化性樹脂及びアルキルイミダゾリン系分散剤を含む樹脂組成物のことを「樹脂組成物B」とも言う。 When a cellulose nanofiber composite and a thermosetting resin are used as the constituent components of the resin composition of the present invention, a composition in which both of these components are uniformly dispersed can be obtained. On the other hand, when cellulose nanofibers and a thermosetting resin are used as the constituent components of the resin composition of the present invention, it is possible to use an alkyl imidazoline-based dispersant as the third component in combination with the cellulose nanofibers and the thermosetting resin. This is advantageous from the viewpoint of increasing uniform dispersion. In the following description, the resin composition containing a cellulose nanofiber composite and a thermosetting resin is also referred to as “resin composition A”. A resin composition containing cellulose nanofibers, a thermosetting resin, and an alkyl imidazoline-based dispersant is also referred to as “resin composition B”.
樹脂組成物Bに含まれる前記のアルキルイミダゾリン系分散剤としては、例えばイミダゾリン環における1位又は3位の窒素原子のうちの少なくとも1箇所の窒素原子にアルキル基が結合しているものを用いることができる。あるいは、イミダゾリン環における2位、4位又は5位の炭素原子のうちの少なくとも1箇所の炭素原子にアルキル基が結合しているものを用いることができる。アルキル基としては、例えば炭素数が2以上、特に6以上、とりわけ10以上であり、30以下、特に20以下、とりわけ18以下である飽和又は不飽和の基を用いることができる。具体的には、炭素数が2以上30以下、特に6以上20以下、とりわけ10以上18以下である飽和又は不飽和のアルキル基が好ましい。イミダゾリン環に2以上のアルキル基が結合している場合、各アルキル基の種類は同じであってもよく、又は異なっていてもよい。特に好ましいアルキルイミダゾリン系分散剤は、イミダゾリン環における1位及び3位の窒素原子に同一の又は異なる炭素原子が結合している化合物である。 As the alkyl imidazoline-based dispersant contained in the resin composition B, for example, a compound in which an alkyl group is bonded to at least one nitrogen atom of the 1-position or 3-position nitrogen atom in the imidazoline ring is used. Can do. Alternatively, those in which an alkyl group is bonded to at least one of the carbon atoms at the 2-position, 4-position or 5-position in the imidazoline ring can be used. As the alkyl group, for example, a saturated or unsaturated group having 2 or more, particularly 6 or more, especially 10 or more, and 30 or less, particularly 20 or less, particularly 18 or less can be used. Specifically, a saturated or unsaturated alkyl group having 2 to 30 carbon atoms, particularly 6 to 20 carbon atoms, particularly 10 to 18 carbon atoms is preferable. When two or more alkyl groups are bonded to the imidazoline ring, the type of each alkyl group may be the same or different. Particularly preferred alkyl imidazoline dispersants are compounds in which the same or different carbon atoms are bonded to the 1st and 3rd nitrogen atoms in the imidazoline ring.
本発明の樹脂組成物においては、該樹脂組成物中にセルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体が均一に分散した状態になっているので、該樹脂組成物に占めるセルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体の割合を過度に高くしなくても、該樹脂組成物の特性の向上を図ることができる。例えば本発明の樹脂組成物が樹脂組成物Aである場合、樹脂組成物Aにおけるセルロースナノファイバー複合体の含有量は1質量%以上、特に1.2質量%以上、とりわけ1.5質量%以上であることが好ましく、また50質量%以下、特に20質量%以下、とりわけ10質量%以下であることが好ましい。例えばセルロースナノファイバー複合体の含有量は1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、1.2質量%以上20質量%以下であることが更に好ましく、1.5質量%以上10質量%以下であることが一層好ましい。 In the resin composition of the present invention, since the cellulose nanofiber or the cellulose nanofiber composite is uniformly dispersed in the resin composition, the cellulose nanofiber or the cellulose nanofiber composite occupies the resin composition. Even if the proportion of the body is not excessively increased, the characteristics of the resin composition can be improved. For example, when the resin composition of the present invention is the resin composition A, the content of the cellulose nanofiber composite in the resin composition A is 1% by mass or more, particularly 1.2% by mass or more, especially 1.5% by mass or more. Further, it is preferably 50% by mass or less, particularly 20% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or less. For example, the content of the cellulose nanofiber composite is preferably 1% by mass to 50% by mass, more preferably 1.2% by mass to 20% by mass, and more preferably 1.5% by mass to 10% by mass. More preferably, it is as follows.
一方、樹脂組成物Aにおける熱硬化性樹脂の含有量は50質量%以上、特に80質量%以上、とりわけ90質量%以上であることが好ましく、また99質量%以下、特に98.8質量%以下、とりわけ98.5質量%以下であることが好ましい。例えば熱硬化性樹脂の含有量は50質量%以上99質量%以下であることが好ましく、80質量%以上98.8質量%以下であることが更に好ましく、90質量%以上98.5質量%以下であることが一層好ましい。 On the other hand, the content of the thermosetting resin in the resin composition A is 50% by mass or more, particularly preferably 80% by mass or more, particularly preferably 90% by mass or more, and 99% by mass or less, particularly 98.8% by mass or less. In particular, it is preferably 98.5% by mass or less. For example, the content of the thermosetting resin is preferably 50% by mass or more and 99% by mass or less, more preferably 80% by mass or more and 98.8% by mass or less, and 90% by mass or more and 98.5% by mass or less. It is more preferable that
本発明の樹脂組成物が樹脂組成物Bである場合、樹脂組成物Bにおけるセルロースナノファイバーの含有量は1質量%以上、特に1.2質量%以上、とりわけ1.5質量%以上であることが好ましく、また50質量%以下、特に20質量%以下、とりわけ10質量%以下であることが好ましい。例えばセルロースナノファイバーの含有量は1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、1.2質量%以上20質量%以下であることが更に好ましく、1.5質量%以上10質量%以下であることが一層好ましい。 When the resin composition of the present invention is the resin composition B, the content of cellulose nanofibers in the resin composition B is 1% by mass or more, particularly 1.2% by mass or more, especially 1.5% by mass or more. Further, it is preferably 50% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or less. For example, the content of cellulose nanofibers is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 1.2% by mass or more and 20% by mass or less, and 1.5% by mass or more and 10% by mass or less. More preferably it is.
一方、樹脂組成物Bにおける熱硬化性樹脂の含有量は50質量%以上、特に80質量%以上、とりわけ90質量%以上であることが好ましく、また99質量%以下、特に98.8質量%以下、とりわけ98.5質量%以下であることが好ましい。例えば熱硬化性樹脂の含有量は50質量%以上99質量%以下であることが好ましく、80質量%以上98.8質量%以下であることが更に好ましく、90質量%以上98.5質量%以下であることが一層好ましい。 On the other hand, the content of the thermosetting resin in the resin composition B is preferably 50% by mass or more, particularly preferably 80% by mass or more, particularly preferably 90% by mass or more, and 99% by mass or less, particularly 98.8% by mass or less. In particular, it is preferably 98.5% by mass or less. For example, the content of the thermosetting resin is preferably 50% by mass or more and 99% by mass or less, more preferably 80% by mass or more and 98.8% by mass or less, and 90% by mass or more and 98.5% by mass or less. It is more preferable that
樹脂組成物Bにおけるアルキルイミダゾリン系分散剤の含有量は0.1質量%以上、特に0.5質量%以上、とりわけ1質量%以上であることが好ましく、また50質量%以下、特に20質量%以下、とりわけ5質量%以下であることが好ましい。例えばアルキルイミダゾリン系分散剤の含有量は0.1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上20質量%以下であることが更に好ましく、1質量%以上5質量%以下であることが一層好ましい。 The content of the alkylimidazoline-based dispersant in the resin composition B is 0.1% by mass or more, particularly 0.5% by mass or more, particularly 1% by mass or more, and preferably 50% by mass or less, particularly 20% by mass. Hereinafter, it is particularly preferably 5% by mass or less. For example, the content of the alkyl imidazoline-based dispersant is preferably 0.1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably 1% by mass or more and 5% by mass. More preferably, it is as follows.
本発明の樹脂組成物は、セルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体が熱硬化性樹脂中に均一に分散した状態になっているので、熱硬化性樹脂が本来有している特性と相まって、低線熱膨張係数を有するものとなる。しかも、この樹脂組成物に含まれる熱硬化性樹脂は汎用のものなので、経済的に有利である。したがって、この樹脂組成物は、ガラス代替の材料として、例えば光学レンズ、太陽電池の表面材、表示素子の基板などの原料として好適に用いられる。 Since the resin composition of the present invention is in a state in which cellulose nanofibers or cellulose nanofiber composites are uniformly dispersed in the thermosetting resin, it combines with the characteristics inherent to the thermosetting resin, It has a linear thermal expansion coefficient. And since the thermosetting resin contained in this resin composition is a general purpose thing, it is economically advantageous. Therefore, this resin composition is suitably used as a raw material for, for example, an optical lens, a surface material of a solar cell, a substrate of a display element, etc., as a glass substitute material.
次に、本発明の樹脂組成物の好適な製造方法について説明する。製造すべき樹脂組成物が、上述の樹脂組成物Aである場合には、以下の(A1)、(A2)及び(A3)工程を含む方法Aによって樹脂組成物Aを製造することができる。一方、製造すべき樹脂組成物が、上述の樹脂組成物Bである場合には、以下の(B1)、(B2)及び(B3)工程を含む方法Bによって樹脂組成物Bを製造することができる。 Next, the suitable manufacturing method of the resin composition of this invention is demonstrated. When the resin composition to be manufactured is the above-described resin composition A, the resin composition A can be manufactured by the method A including the following steps (A1), (A2), and (A3). On the other hand, when the resin composition to be manufactured is the above-described resin composition B, the resin composition B can be manufactured by the method B including the following steps (B1), (B2), and (B3). it can.
〔方法A〕
(A1)炭化水素基がアミド結合を介して結合してなるセルロースナノファイバー複合体と、熱硬化前の熱硬化性樹脂プレポリマーとを混合して混合物を得る工程。
(A2)前記混合物を所定の形状に成形して成形体を得る工程。
(A3)前記成形体中の前記プレポリマーを熱硬化させる工程。
[Method A]
(A1) A step of mixing a cellulose nanofiber composite in which hydrocarbon groups are bonded via an amide bond and a thermosetting resin prepolymer before thermosetting to obtain a mixture.
(A2) A step of forming the mixture into a predetermined shape to obtain a molded body.
(A3) A step of thermosetting the prepolymer in the molded body.
〔方法B〕
(B1)セルロースナノファイバーと、熱硬化前の熱硬化性樹脂プレポリマーと、アルキルイミダゾリン系分散剤とを混合して混合物を得る工程。
(B2)前記混合物を所定の形状に成形して成形体を得る工程。
(B3)前記成形体中の該前記プレポリマーを熱硬化させる工程。
[Method B]
(B1) A step of obtaining a mixture by mixing cellulose nanofibers, a thermosetting resin prepolymer before thermosetting, and an alkylimidazoline-based dispersant.
(B2) A step of forming the mixture into a predetermined shape to obtain a molded body.
(B3) A step of thermosetting the prepolymer in the molded body.
方法Aの(A1)工程及び方法Bの(B1)工程で用いられる熱硬化性樹脂プレポリマーとしては、熱硬化性樹脂の種類に応じて適切なものが選択される。例えば熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である場合、熱硬化性樹脂プレポリマーとしては、例えばビスフェノールA型、クレゾールノボラック型、ビスフェノールA型、フェノールノボラック型、グリシジルエーテル型、脂環型、グリシジルアミン型、グリシジルエステル型などのプレポリマーを用いることができる。 As the thermosetting resin prepolymer used in the step (A1) of the method A and the step (B1) of the method B, an appropriate one is selected according to the kind of the thermosetting resin. For example, when the thermosetting resin is an epoxy resin, examples of the thermosetting resin prepolymer include bisphenol A type, cresol novolac type, bisphenol A type, phenol novolac type, glycidyl ether type, alicyclic type, glycidyl amine type, A prepolymer such as a glycidyl ester type can be used.
硬化前の状態の熱硬化性樹脂プレポリマーは、一般に水には不要であるが有機溶剤には可溶である。したがって、炭化水素基の導入で疎水化されているセルロースナノファイバー複合体は、熱硬化性樹脂プレポリマーとの相溶性が良好である。それゆえ、セルロースナノファイバー複合体と熱硬化性樹脂プレポリマーとは、分散剤等の第3成分を用いなくても均一混合することが可能である。一方、炭化水素基の導入前の疎水化されていないセルロースナノファイバーは、熱硬化性樹脂プレポリマーとの相溶性が十分に高いとは言えない場合がある。そこで、セルロースナノファイバーと熱硬化性樹脂プレポリマーとを混合する場合には、上述したアルキルイミダゾリン系分散剤を併用することが有利である。これによって、セルロースナノファイバーと熱硬化性樹脂プレポリマーとを均一混合することが可能になる。 The thermosetting resin prepolymer in a state before curing is generally unnecessary for water but is soluble in an organic solvent. Accordingly, the cellulose nanofiber composite that has been hydrophobized by introduction of hydrocarbon groups has good compatibility with the thermosetting resin prepolymer. Therefore, the cellulose nanofiber composite and the thermosetting resin prepolymer can be uniformly mixed without using a third component such as a dispersant. On the other hand, cellulose nanofibers that are not hydrophobized before introduction of hydrocarbon groups may not be sufficiently compatible with the thermosetting resin prepolymer. Therefore, when the cellulose nanofiber and the thermosetting resin prepolymer are mixed, it is advantageous to use the above-described alkyl imidazoline dispersant together. This makes it possible to uniformly mix the cellulose nanofibers and the thermosetting resin prepolymer.
方法Aの(A1)工程及び方法Bの(B1)工程において、熱硬化性樹脂プレポリマーと、セルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体とを混合する場合には、セルロースナノファイバーを、揮発性溶媒を含んだ凝集体の状態で混合するか、又はセルロースナノファイバー複合体を、揮発性溶媒を含んだ凝集体の状態で混合することが好ましい。こうすることで、有機溶媒に可溶な性質を有する物質である熱硬化性樹脂プレポリマーと、セルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体との一層均一な混合を達成することができる。 In the case of mixing the thermosetting resin prepolymer and the cellulose nanofiber or the cellulose nanofiber composite in the step (A1) of the method A and the step (B1) of the method B, the cellulose nanofiber is mixed with a volatile solvent. It is preferable to mix in the state of an agglomerate containing or to mix the cellulose nanofiber composite in the agglomerate state containing a volatile solvent. By carrying out like this, the more uniform mixing with the thermosetting resin prepolymer which is a substance which has a property soluble in an organic solvent, and a cellulose nanofiber or a cellulose nanofiber composite body can be achieved.
セルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体の凝集体は、例えば次の方法で調製することができる。まず、この凝集体を得るために用いられる揮発性溶媒としては、熱硬化性樹脂プレポリマーの溶解が可能な有機溶媒を用いることが好ましい。そのような有機溶媒の種類は、熱硬化性樹脂プレポリマーの種類に応じて様々であるが、一般的なものとしては例えばアセトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メタノール、エタノール、N−メチル−2−ピロリドン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどが挙げられる。これらの揮発性溶媒を用い、セルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体の凝集体を形成する。この凝集体の形成は、例えば次のようにして行うことができる。セルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体分散液(例えば、セルロースナノファイバー水分散液)に、セルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体の貧分散媒となる前記揮発性溶媒(例えば、アセトン)を過剰量混合し、凝集体を形成させる。該凝集体をろ過や遠心分離等で溶媒を除去することで、揮発性溶媒を含んだ凝集体の状態で得ることができる。 The aggregate of a cellulose nanofiber or a cellulose nanofiber composite can be prepared, for example, by the following method. First, it is preferable to use an organic solvent capable of dissolving the thermosetting resin prepolymer as the volatile solvent used to obtain the aggregate. There are various kinds of such organic solvents depending on the kind of the thermosetting resin prepolymer. Examples of common organic solvents include acetone, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, methanol, ethanol, N-methyl-2- Examples include pyrrolidone, acetonitrile, tetrahydrofuran, dioxane and the like. These volatile solvents are used to form aggregates of cellulose nanofibers or cellulose nanofiber composites. Formation of this aggregate can be performed as follows, for example. An excess amount of the volatile solvent (for example, acetone) serving as a poor dispersion medium for the cellulose nanofiber or the cellulose nanofiber composite is added to the cellulose nanofiber or the cellulose nanofiber composite dispersion (for example, the cellulose nanofiber aqueous dispersion). Mix to form aggregates. The aggregate can be obtained in the state of an aggregate containing a volatile solvent by removing the solvent by filtration or centrifugation.
凝集体を形成するときの揮発性溶媒と、セルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体の含有量との関係は次のとおりとすることが好ましい。すなわち、前述したように前記凝集体は、揮発性溶媒を含む状態からろ過や遠心分離をして製造されるので、結果的に揮発性溶媒によって膨潤した状態で得られる。樹脂組成物としたときの物性の点から、揮発性溶媒は完全に除去しないことが好ましく、このときの揮発性溶媒の含有量は50%以上が好ましく、特に80%以上が好ましい。 The relationship between the volatile solvent when forming the aggregate and the content of the cellulose nanofiber or the cellulose nanofiber composite is preferably as follows. That is, as described above, the aggregate is produced by filtration or centrifugation from a state containing a volatile solvent, and as a result, is obtained in a state swollen by a volatile solvent. From the viewpoint of physical properties when the resin composition is obtained, it is preferable that the volatile solvent is not completely removed, and the content of the volatile solvent at this time is preferably 50% or more, particularly preferably 80% or more.
以上の操作によって、セルロースナノファイバー複合体と、熱硬化性樹脂プレポリマーとを含む混合物(以下、この混合物のことを混合物Aと言う。)、又はセルロースナノファイバーと、熱硬化性樹脂プレポリマーと、アルキルイミダゾリン系分散剤とを含む混合物(以下、この混合物のことを混合物Bと言う。)が得られる。 Through the above operation, a mixture containing the cellulose nanofiber composite and the thermosetting resin prepolymer (hereinafter, this mixture is referred to as the mixture A), or the cellulose nanofiber and the thermosetting resin prepolymer. , An alkyl imidazoline-based dispersant (hereinafter, this mixture is referred to as “mixture B”).
混合物Aに含まれるセルロースナノファイバー複合体の割合は1質量%以上、特に1.2質量%以上、とりわけ1.5質量%以上であることが好ましく、50質量%以下、特に20質量%以下、とりわけ10質量%以下であることが好ましい。例えばセルロースナノファイバー複合体の割合は1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、1.2質量%以上20質量%以下であることが更に好ましく、1.5質量%以上10質量%以下であることが一層好ましい。一方、混合物Aに含まれる熱硬化性樹脂プレポリマーの割合は50質量%以上、特に80質量%以上、とりわけ90質量%以上であることが好ましく、99質量%以下、特に98.8質量%以下、とりわけ98.5質量%以下であることが好ましい。例えば熱硬化性樹脂プレポリマーの割合は50質量%以上99質量%以下であることが好ましく、80質量%以上98.8質量%以下であることが更に好ましく、90質量%以上98.8質量%以下であることが一層好ましい。 The proportion of the cellulose nanofiber composite contained in the mixture A is preferably 1% by mass or more, particularly 1.2% by mass or more, particularly preferably 1.5% by mass or more, 50% by mass or less, particularly 20% by mass or less, In particular, it is preferably 10% by mass or less. For example, the ratio of the cellulose nanofiber composite is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 1.2% by mass or more and 20% by mass or less, and 1.5% by mass or more and 10% by mass or less. It is more preferable that On the other hand, the ratio of the thermosetting resin prepolymer contained in the mixture A is 50% by mass or more, particularly 80% by mass or more, particularly preferably 90% by mass or more, and 99% by mass or less, particularly 98.8% by mass or less. In particular, it is preferably 98.5% by mass or less. For example, the ratio of the thermosetting resin prepolymer is preferably 50% by mass to 99% by mass, more preferably 80% by mass to 98.8% by mass, and 90% by mass to 98.8% by mass. More preferably, it is as follows.
混合物Bに含まれるセルロースナノファイバーの割合は1質量%以上、特に1.2質量%以上、とりわけ1.5質量%以上であることが好ましく、50質量%以下、特に20質量%以下、とりわけ10質量%以下であることが好ましい。例えばセルロースナノファイバーの割合は1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、1.2質量%以上20質量%以下であることが更に好ましく、1.5質量%以上10質量%以下であることが一層好ましい。一方、混合物Bに含まれる熱硬化性樹脂プレポリマーの割合は50質量%以上、特に80質量%以上、とりわけ90質量%以上であることが好ましく、99質量%以下、特に98.8質量%以下、とりわけ98.5質量%以下であることが好ましい。例えば熱硬化性樹脂プレポリマーの割合は50質量%以上99質量%以下であることが好ましく、80質量%以上98.8質量%以下であることが更に好ましく、90質量%以上98.5質量%以下であることが一層好ましい。また、混合物Bに含まれるアルキルイミダゾリン系分散剤の割合は0.1質量%以上、特に0.5質量%以上、とりわけ1質量%以上であることが好ましく、50質量%以下、特に20質量%以下、とりわけ5質量%以下であることが好ましい。例えばアルキルイミダゾリン系分散剤の割合は0.1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上20質量%以下であることが更に好ましく、1質量%以上5質量%以下であることが一層好ましい。 The proportion of cellulose nanofibers contained in the mixture B is preferably 1% by mass or more, particularly 1.2% by mass or more, especially 1.5% by mass or more, 50% by mass or less, particularly 20% by mass or less, especially 10%. It is preferable that it is below mass%. For example, the proportion of cellulose nanofibers is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 1.2% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably 1.5% by mass or more and 10% by mass or less. More preferably. On the other hand, the ratio of the thermosetting resin prepolymer contained in the mixture B is preferably 50% by mass or more, particularly 80% by mass or more, particularly preferably 90% by mass or more, and 99% by mass or less, particularly 98.8% by mass or less. In particular, it is preferably 98.5% by mass or less. For example, the ratio of the thermosetting resin prepolymer is preferably 50% by mass to 99% by mass, more preferably 80% by mass to 98.8% by mass, and 90% by mass to 98.5% by mass. More preferably, it is as follows. Further, the proportion of the alkyl imidazoline dispersant contained in the mixture B is 0.1% by mass or more, particularly 0.5% by mass or more, particularly 1% by mass or more, preferably 50% by mass or less, particularly 20% by mass. Hereinafter, it is particularly preferably 5% by mass or less. For example, the proportion of the alkyl imidazoline-based dispersant is preferably 0.1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less, and 1% by mass or more and 5% by mass or less. It is more preferable that
次に、前記の混合物A又は混合物Bに対して、熱硬化性樹脂プレポリマーの硬化剤を添加する。硬化剤としては、熱硬化性樹脂の技術分野でこれまで用いられてきたものと同様のものを用いることができる。例えばトリエチレンテトラミンなどの直鎖ポリアミン等のポリアミンや、酸無水物などを用いることができる。硬化剤の添加量は、所望の物性に応じて適宜選択できるが、前記プレポリマーに対して0.1〜20質量%の範囲とすることができる。 Next, a curing agent of a thermosetting resin prepolymer is added to the mixture A or the mixture B. As a hardening | curing agent, the thing similar to what has been used until now in the technical field of a thermosetting resin can be used. For example, polyamines such as linear polyamines such as triethylenetetramine, acid anhydrides, and the like can be used. Although the addition amount of a hardening | curing agent can be suitably selected according to a desired physical property, it can be set as the range of 0.1-20 mass% with respect to the said prepolymer.
(A1)工程又は(B1)工程において、セルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体を、凝集体の状態で混合した場合には、該凝集体の形成に用いた揮発性溶媒を除去することが好ましい。揮発性溶媒の除去は、少なくとも(A3)工程又は(B3)工程の前に行うことが好ましく、特に上述の硬化剤を混合物A又は混合物Bに添加する前に行うことが更に好ましい。揮発性溶媒の除去は、例えば混合物A又は混合物Bを減圧状態下に静置して揮発性溶媒を揮発させることで行うことができる。 In the step (A1) or the step (B1), when the cellulose nanofiber or the cellulose nanofiber composite is mixed in the state of an aggregate, it is preferable to remove the volatile solvent used for the formation of the aggregate. . The removal of the volatile solvent is preferably performed at least before the step (A3) or (B3), and more preferably performed before the above-described curing agent is added to the mixture A or the mixture B. The removal of the volatile solvent can be performed, for example, by allowing the mixture A or the mixture B to stand under reduced pressure and volatilizing the volatile solvent.
硬化剤の添加が終了したら、(A2)工程又は(B2)工程を行い、混合物A又は混合物Bを所定の形状に成形して成形体を得る。成形体の形状は、目的とする樹脂組成物の形状と同様にすることが好ましい。例えば板状の樹脂組成物を製造したい場合には、成形体の形状もそれに対応した板状とすればよい。混合物A又は混合物Bから成形体を成形するに際しては、混合物A又は混合物Bを予備加熱してこれらの混合物を半硬化させることが好ましい。このような半硬化処理を行うことで、成形体の保形性が高まるとともに、熱硬化性樹脂プレポリマーの硬化を首尾よく行うことができる。半硬化処理は、例えば所定の形状に成形した混合物A又は混合物Bを、熱プレスする等して行うことができる。熱プレスの温度や圧力は、熱硬化性樹脂プレポリマーの種類や、硬化剤の種類に応じ適切に設定すればよい。一例として、熱硬化性樹脂プレポリマーとしてビスフェノールA型プレポリマーを用い、硬化剤としてトリエチレンテトラミンを用いる場合には、熱プレスの温度を50℃以上300℃以下に設定することができる。圧力は0.01MPa以上1MPa以下に設定することができる。熱プレスの時間は、この温度及び圧力範囲であることを条件として、1分以上60分以下に設定することができる。 When the addition of the curing agent is completed, the step (A2) or the step (B2) is performed, and the mixture A or the mixture B is formed into a predetermined shape to obtain a formed body. The shape of the molded body is preferably the same as the shape of the target resin composition. For example, when it is desired to produce a plate-shaped resin composition, the shape of the molded body may be a plate corresponding to the shape. When forming a molded body from the mixture A or the mixture B, it is preferable to preheat the mixture A or the mixture B to semi-cure these mixtures. By performing such a semi-curing treatment, the shape retention of the molded body is enhanced and the thermosetting resin prepolymer can be successfully cured. The semi-curing treatment can be performed by, for example, hot pressing the mixture A or the mixture B formed into a predetermined shape. What is necessary is just to set the temperature and pressure of a hot press suitably according to the kind of thermosetting resin prepolymer, and the kind of hardening | curing agent. As an example, when a bisphenol A type prepolymer is used as the thermosetting resin prepolymer and triethylenetetramine is used as the curing agent, the temperature of the hot press can be set to 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. The pressure can be set to 0.01 MPa or more and 1 MPa or less. The hot pressing time can be set to 1 minute or more and 60 minutes or less on condition that the temperature and pressure range are satisfied.
このようにして成形体が得られたら、(A3)工程又は(B3)工程において、この成形体に含まれる熱硬化性樹脂プレポリマーの硬化を行う。硬化は一般に加熱によって行うことができる。加熱温度は、熱硬化性樹脂プレポリマーの種類や、硬化剤の種類に応じ適切に設定すればよい。一例として、熱硬化性樹脂プレポリマーとしてビスフェノールA型プレポリマーを用い、硬化剤としてトリエチレンテトラミンを用いる場合には、加熱温度を100℃以上300℃以下に設定することができる。加熱時間は、この温度範囲であることを条件として、1分以上600分以下に設定することができる。 When the molded body is obtained in this way, the thermosetting resin prepolymer contained in the molded body is cured in the step (A3) or the step (B3). Curing can generally be performed by heating. What is necessary is just to set a heating temperature suitably according to the kind of thermosetting resin prepolymer, and the kind of hardening | curing agent. As an example, when bisphenol A type prepolymer is used as the thermosetting resin prepolymer and triethylenetetramine is used as the curing agent, the heating temperature can be set to 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. The heating time can be set to 1 minute or more and 600 minutes or less, provided that the temperature is within this temperature range.
以上の工程によって、目的とする樹脂組成物が得られる。このようにして得られた樹脂組成物は、先に述べたとおり、線熱膨張係数が低いものとなる。 The target resin composition is obtained by the above steps. The resin composition thus obtained has a low linear thermal expansion coefficient as described above.
前述した本発明の実施態様に関し、更に以下の付記を開示する。
<1>
セルロースナノファイバーと熱硬化性樹脂とを含有する樹脂組成物であって、
前記セルロースナノファイバーが、アミド結合を介して炭化水素基が結合してなるセルロースナノファイバー複合体である樹脂組成物。
Regarding the above-described embodiment of the present invention, the following additional notes are disclosed.
<1>
A resin composition containing cellulose nanofibers and a thermosetting resin,
The resin composition which is a cellulose nanofiber composite_body | complex in which the said cellulose nanofiber has a hydrocarbon group couple | bonded through an amide bond.
<2>
セルロースナノファイバーと熱硬化性樹脂とを含有する樹脂組成物であって、
更にアルキルイミダゾリン系分散剤を含む樹脂組成物。
<2>
A resin composition containing cellulose nanofibers and a thermosetting resin,
Furthermore, the resin composition containing the alkyl imidazoline type dispersing agent.
<3>
前記セルロースナノファイバー複合体の含有量が1質量%以上50質量%以下である<1>に記載の樹脂組成物。
<4>
前記セルロースナノファイバー複合体の含有量は1質量%以上、特に1.2質量%以上、とりわけ1.5質量%以上であることが好ましく、また50質量%以下、特に20質量%以下、とりわけ10質量%以下であることが好ましい。例えばセルロースナノファイバー複合体の含有量は1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、1.2質量%以上20質量%以下であることが更に好ましく、1.5質量%以上10質量%以下であることが一層好ましい<1>に記載の樹脂組成物。
<5>
前記炭化水素基は、炭素数1の炭化水素基であるか、又は炭素数2以上30以下の飽和若しくは不飽和の直鎖状若しくは分岐状の炭化水素基である<1>又は<3>に記載の樹脂組成物。
<6>
前記炭化水素基の炭素数は、1以上、特に3以上、とりわけ10以上であることが好ましく、また30以下、特に20以下、とりわけ18以下であることが好ましい。例えば1以上30以下であることが好ましく、3以上20以下であることが好ましく、10以上18以下であることが一層好ましい<5>に記載の樹脂組成物。
<7>
前記アルキルイミダゾリン系分散剤の含有量が、前記セルロースナノファイバーに対して10質量%以上500質量%以下である<2>に記載の樹脂組成物。
<3>
The resin composition according to <1>, wherein the content of the cellulose nanofiber composite is 1% by mass or more and 50% by mass or less.
<4>
The content of the cellulose nanofiber composite is preferably 1% by mass or more, particularly 1.2% by mass or more, particularly 1.5% by mass or more, and 50% by mass or less, particularly 20% by mass or less, especially 10%. It is preferable that it is below mass%. For example, the content of the cellulose nanofiber composite is preferably 1% by mass to 50% by mass, more preferably 1.2% by mass to 20% by mass, and more preferably 1.5% by mass to 10% by mass. The resin composition according to <1>, which is more preferably as follows.
<5>
<1> or <3>, wherein the hydrocarbon group is a hydrocarbon group having 1 carbon atom, or a saturated or unsaturated linear or branched hydrocarbon group having 2 to 30 carbon atoms. The resin composition as described.
<6>
The number of carbon atoms of the hydrocarbon group is preferably 1 or more, particularly 3 or more, particularly 10 or more, and preferably 30 or less, particularly 20 or less, particularly 18 or less. For example, the resin composition according to <5>, which is preferably 1 or more and 30 or less, preferably 3 or more and 20 or less, and more preferably 10 or more and 18 or less.
<7>
The resin composition according to <2>, wherein a content of the alkyl imidazoline-based dispersant is 10% by mass or more and 500% by mass or less with respect to the cellulose nanofiber.
<8>
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である<1>ないし<7>のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
<9>
<1>に記載の樹脂組成物の製造方法であって、
(A1)炭化水素基がアミド結合を介して結合してなるセルロースナノファイバー複合体と、熱硬化前の熱硬化性樹脂プレポリマーとを混合して混合物を得、
(A2)前記混合物を所定の形状に成形して成形体を得、
(A3)前記成形体中の前記プレポリマーを熱硬化させる工程を有する樹脂組成物の製造方法。
<10>
<2>に記載の樹脂組成物の製造方法であって、
(B1)セルロースナノファイバーと、熱硬化前の熱硬化性樹脂プレポリマーと、アルキルイミダゾリン系分散剤とを混合して混合物を得、
(B2)前記混合物を所定の形状に成形して成形体を得、
(B3)前記成形体中の前記プレポリマーを熱硬化させる工程を有する樹脂組成物の製造方法。
<11>
(A1)工程におけるセルロースナノファイバー複合体が揮発性溶媒を含んだ凝集体であるか、又は(B1)工程におけるセルロースナノファイバーが揮発性溶媒を含んだ凝集体であり、
(A3)工程又は(B3)工程の前に前記揮発性溶媒を除去する工程を更に有する<9>又は<10>に記載の樹脂組成物の製造方法。
<8>
The resin composition according to any one of <1> to <7>, wherein the thermosetting resin is an epoxy resin.
<9>
It is a manufacturing method of the resin composition as described in <1>,
(A1) A cellulose nanofiber composite formed by bonding a hydrocarbon group via an amide bond and a thermosetting resin prepolymer before thermosetting are mixed to obtain a mixture,
(A2) Molding the mixture into a predetermined shape to obtain a molded body,
(A3) The manufacturing method of the resin composition which has the process of thermosetting the said prepolymer in the said molded object.
<10>
It is a manufacturing method of the resin composition as described in <2>,
(B1) Cellulose nanofibers, a thermosetting resin prepolymer before thermosetting, and an alkylimidazoline-based dispersant are mixed to obtain a mixture,
(B2) Molding the mixture into a predetermined shape to obtain a molded body,
(B3) The manufacturing method of the resin composition which has the process of thermosetting the said prepolymer in the said molded object.
<11>
The cellulose nanofiber composite in the step (A1) is an aggregate containing a volatile solvent, or the cellulose nanofiber in the step (B1) is an aggregate containing a volatile solvent,
The method for producing a resin composition according to <9> or <10>, further comprising a step of removing the volatile solvent before the step (A3) or the step (B3).
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「%」及び「部」はそれぞれ「質量%」及び「質量部」を意味する。また、以下に示す実施例1ないし7のうち、実施例1ないし5は参考例であり、本発明の範囲外である。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples. Unless otherwise specified, “%” and “part” mean “% by mass” and “part by mass”, respectively. Of the following Examples 1 to 7, Examples 1 to 5 are reference examples and are outside the scope of the present invention.
〔実施例1〕
(1)セルロースナノファイバー複合体及び該複合体を含む凝集体の製造
針葉樹の漂白クラフトパルプ(製造会社:フレッチャー チャレンジ カナダ、商品名「Machenzie」、CSF650ml)を天然セルロース繊維として用いた。TEMPOとしては、市販品(製造会社:ALDRICH、Free radical、98%)を用いた。次亜塩素酸ナトリウムとしては、市販品(製造会社:和光純薬工業(株))を用いた。臭化ナトリウムとしては、市販品(製造会社:和光純薬工業(株))を用いた。まず、針葉樹の漂白クラフトパルプ繊維100gを9900gのイオン交換水で十分に攪拌した後、パルプ質量100gに対し、TEMPO1.25%、臭化ナトリウム12.5%、次亜塩素酸ナトリウム28.4%をこの順で添加した。pHスタットを用い、0.5M水酸化ナトリウムを滴下してpHを10.5に保持し、酸化反応を行った。酸化を120分行った後に滴下を停止し、カルボキシル基含有セルロース繊維を得た。イオン交換水を用いてカルボキシル基含有セルロース繊維を十分に洗浄し、次いで脱水処理を行った。その後、得られたカルボキシル基含有セルロース繊維100gをイオン交換水9900gに分散させ、高圧ホモジナイザー(HJP−25005、(株)スギノマシン製)を用いて、吐出圧力245MPaの条件で2回処理を行った。その操作によって繊維の微細化処理を行い、セルロースナノファイバーの分散液を得た。分散液の固形分濃度は1.0%であった。このセルロースナノファイバーの平均繊維径は3.3nmであり、カルボキシル基含有量は1.2mmol/gであった。
[Example 1]
(1) Manufacture of Cellulose Nanofiber Composite and Aggregate Containing the Composite Conifer bleached kraft pulp (manufacturer: Fletcher Challenge Canada, trade name “Machenzie”, CSF 650 ml) was used as natural cellulose fiber. As TEMPO, a commercial product (manufacturer: ALDRICH, Free radical, 98%) was used. A commercial product (manufacturer: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as sodium hypochlorite. A commercial product (manufacturer: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as sodium bromide. First, 100 g of bleached kraft pulp fiber of coniferous trees was sufficiently stirred with 9900 g of ion-exchanged water, and then TEMPO 1.25%, sodium bromide 12.5%, sodium hypochlorite 28.4% with respect to 100 g of pulp mass. Were added in this order. Using a pH stat, 0.5M sodium hydroxide was added dropwise to maintain the pH at 10.5, and an oxidation reaction was performed. After the oxidation was performed for 120 minutes, dropping was stopped to obtain a carboxyl group-containing cellulose fiber. The carboxyl group-containing cellulose fiber was sufficiently washed with ion-exchanged water, and then dehydrated. Thereafter, 100 g of the obtained carboxyl group-containing cellulose fiber was dispersed in 9900 g of ion-exchanged water and treated twice using a high-pressure homogenizer (HJP-25005, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) under a discharge pressure of 245 MPa. . By the operation, the fiber was refined to obtain a dispersion of cellulose nanofibers. The solid content concentration of the dispersion was 1.0%. This cellulose nanofiber had an average fiber diameter of 3.3 nm and a carboxyl group content of 1.2 mmol / g.
ビーカーに前記セルロースナノファイバーの分散液4085g(固形分濃度1.3%)とイオン交換水4085gとを加えて、固形分濃度0.5%のセルロースナノファイバー分散液とし、この分散液をメカニカルスターラーにて室温下、3時間攪拌した。続いて、このセルロースナノファイバー分散液に1M塩酸水溶液を245g仕込み、室温下で一晩反応させた。反応終了後、アセトンで再沈し、ろ過、その後、アセトン/イオン交換水にて洗浄を行い、塩酸及び塩を除去した。最後にアセトンを加えろ過し、セルロースナノファイバーがアセトンによって膨潤した状態のセルロースナノファイバー凝集体(固形分濃度5.0%)を得た。 Add 4085 g of the cellulose nanofiber dispersion (solid content concentration 1.3%) and 4085 g of ion-exchanged water to a beaker to obtain a cellulose nanofiber dispersion with a solid content concentration of 0.5%. This dispersion is a mechanical stirrer. For 3 hours at room temperature. Subsequently, 245 g of a 1M hydrochloric acid aqueous solution was charged into the cellulose nanofiber dispersion and reacted overnight at room temperature. After completion of the reaction, the solution was reprecipitated with acetone, filtered, and then washed with acetone / ion exchange water to remove hydrochloric acid and salts. Finally, acetone was added and filtered to obtain cellulose nanofiber aggregates (solid content concentration 5.0%) in a state where cellulose nanofibers were swollen with acetone.
メカニカルスターラー、還流管を備えた4口丸底フラスコに、前記セルロースナノファイバー凝集体(固形分濃度を5.0%から4.4%に調整したもの)488.80gを仕込み、t−ブチルアルコール4800g加えて、固形分濃度0.5%のセルロースナノファイバー凝集体分散液とし、室温下、1時間攪拌した。続いて、オクタデシルアミン17.50g(セルロースナノファイバーのカルボキシル基1molに対してアミン基2molに相当)、DMT−MM17.97gを仕込み溶解を確認し、55℃、6時間反応を行った。反応終了後、ろ過し、その後、メタノール/イオン交換水にて洗浄を行い、未反応オクタデシルアミン、DMT−MMを除去した。最後にアセトンを加えろ過し、セルロースナノファイバーにオクタデシル基がアミド結合を介して結合した、セルロースナノファイバー複合体を調製した。このセルロースナノファイバー複合体は、ろ過に用いたアセトンによって膨潤し、凝集体となっていた。 Into a four-necked round bottom flask equipped with a mechanical stirrer and a reflux tube was charged 488.80 g of the cellulose nanofiber aggregate (solid content adjusted from 5.0% to 4.4%), and t-butyl alcohol. 4800 g was added to obtain a cellulose nanofiber aggregate dispersion with a solid content concentration of 0.5%, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour. Subsequently, 17.50 g of octadecylamine (corresponding to 2 mol of amine group with respect to 1 mol of carboxyl group of cellulose nanofiber) and 17.97 g of DMT-MM were charged, dissolution was confirmed, and reaction was performed at 55 ° C. for 6 hours. After completion of the reaction, the mixture was filtered and then washed with methanol / ion exchange water to remove unreacted octadecylamine and DMT-MM. Finally, acetone was added and filtered to prepare a cellulose nanofiber composite in which octadecyl group was bonded to cellulose nanofiber through an amide bond. This cellulose nanofiber composite was swollen by acetone used for filtration to form an aggregate.
(2)熱硬化性樹脂プレポリマーとの混合物の調製
(1)で得られたセルロースナノファイバー複合体の凝集体(固形分質量0.48g)と、ビスフェノールA型プレポリマー(DIC(株)の850−CRP)30gとを攪拌機(自転・公転真空ミキサー ARV−310、(株)シンキー製、回転数2000rpm、時間2分)を用いて混合して混合物を得た。この混合物を50mmHgの減圧下に1日間静置して、混合物からアセトンを揮発除去した。アセトンが除去された後、混合物中にプレポリマーの硬化剤であるトリエチレンテトラミンを添加し、再度攪拌機(自転・公転真空ミキサー ARV−310、(株)シンキー、回転数2000rpm、圧力0.3kPa、時間2分)を用いて混合した。添加量はプレポリマーに対して10%とした。
(2) Preparation of mixture with thermosetting resin prepolymer Aggregates (solid content: 0.48 g) of cellulose nanofiber composite obtained in (1) and bisphenol A type prepolymer (DIC Corporation) 850-CRP) was mixed with 30 g using a stirrer (rotating / revolving vacuum mixer ARV-310, manufactured by Shinkey Co., Ltd., rotation speed 2000 rpm, time 2 minutes) to obtain a mixture. This mixture was allowed to stand for 1 day under a reduced pressure of 50 mmHg to volatilize and remove acetone from the mixture. After acetone is removed, triethylenetetramine, which is a prepolymer curing agent, is added to the mixture, and again a stirrer (rotating / revolving vacuum mixer ARV-310, Sinky Corp., rotation speed 2000 rpm, pressure 0.3 kPa, Time 2 minutes). The addition amount was 10% with respect to the prepolymer.
(3)成形体の製造
(2)で得られた混合物を熱プレスによる予備加熱で半硬化処理した。厚み0.45mm、内径10cm角の金属製枠をステンレス製の金属板に挟み、該金属枠中に前記混合物を注入することで熱プレスを行った。熱プレスの条件は、温度70℃、圧力0.1MPa、時間30分とした。この熱プレスによってフィルム状の成形体を得た。
(3) Manufacture of molded body The mixture obtained in (2) was semi-cured by preheating with a hot press. A metal frame having a thickness of 0.45 mm and an inner diameter of 10 cm was sandwiched between stainless steel metal plates, and the mixture was poured into the metal frame for hot pressing. The conditions for hot pressing were a temperature of 70 ° C., a pressure of 0.1 MPa, and a time of 30 minutes. A film-like molded body was obtained by this hot pressing.
(4)プレポリマーの硬化
(3)で得られたフィルム状の成形体を恒温槽中で130℃で5時間にわたり加熱して、プレポリマーの硬化を行った。これによって、厚さ0.45mmのフィルムからなる熱硬化性樹脂組成物を得た。
(4) Prepolymer Curing The film-like molded product obtained in (3) was heated in a thermostat bath at 130 ° C. for 5 hours to cure the prepolymer. This obtained the thermosetting resin composition which consists of a film of thickness 0.45mm.
〔実施例2〕
本実施例においては、セルロースナノファイバー複合体として、オクチル基がアミド基を介して結合したものを製造した。すなわち、実施例1においてオクタデシルアミンをオクチルアミン8.4g(セルロースナノファイバーのカルボキシル基1molに対してアミン基2molに相当)に代えた。これ以外は実施例1と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
[Example 2]
In this example, a cellulose nanofiber composite having an octyl group bonded through an amide group was produced. That is, in Example 1, octadecylamine was replaced with 8.4 g of octylamine (corresponding to 2 mol of amine group with respect to 1 mol of carboxyl group of cellulose nanofiber). Except this, it carried out similarly to Example 1, and obtained the thermosetting resin composition.
〔実施例3〕
本実施例においては、実施例1における(2)の工程でのセルロースナノファイバー複合体の配合量を、以下の表1に示す値とした。これ以外は実施例1と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
Example 3
In this example, the blending amount of the cellulose nanofiber composite in the step (2) in Example 1 was set to the values shown in Table 1 below. Except this, it carried out similarly to Example 1, and obtained the thermosetting resin composition.
〔実施例4〕
実施例1におけるセルロースナノファイバー複合体を、イソプロパノールと混合し、固形分濃度0.5質量%のセルロースナノファイバー複合体分散液を得た。次いで前記セルロースナノファイバー複合体分散液200g(固形分1.0g)とエポキシ樹脂プレポリマー(PCE―750ペルノックス、(株)製)4.0gを混合した。該混合液をポリスチレン製シャーレに注ぎ、23℃、50%RH環境で5日間静置することで、イソプロパノールを揮発させ、セルロースナノファイバー複合体とプレポリマーの複合体を得た。該複合体を実施例1と同様に熱プレス、硬化を行うことで、熱硬化性樹脂組成物を得た。
Example 4
The cellulose nanofiber composite in Example 1 was mixed with isopropanol to obtain a cellulose nanofiber composite dispersion having a solid content concentration of 0.5% by mass. Next, 200 g of the cellulose nanofiber composite dispersion (solid content: 1.0 g) and 4.0 g of epoxy resin prepolymer (PCE-750 Pernox, manufactured by Co., Ltd.) were mixed. The mixed solution was poured into a polystyrene petri dish and allowed to stand for 5 days in an environment of 23 ° C. and 50% RH, whereby isopropanol was volatilized to obtain a cellulose nanofiber complex and a prepolymer complex. The composite was hot-pressed and cured in the same manner as in Example 1 to obtain a thermosetting resin composition.
〔実施例5〕
実施例2におけるセルロースナノファイバー複合体を、イオン交換水と混合し、固形分0.5質量%のセルロースナノファイバー複合体分散液を得た。次いでこのセルロースナノファイバー複合体分散液200g(固形分1.0g)とエポキシ樹脂プレポリマー(PCE―750、ペルノックス(株))4.0gを混合した。該混合液をポリスチレン製シャーレに注ぎ、23℃、50%RH環境で5日間静置することで、イオン交換水を揮発させ、セルロースナノファイバー複合体とプレポリマーの複合体を得た。該複合体を実施例2と同様に熱プレス、硬化を行うことで、熱硬化性樹脂組成物を得た。
Example 5
The cellulose nanofiber composite in Example 2 was mixed with ion exchange water to obtain a cellulose nanofiber composite dispersion having a solid content of 0.5% by mass. Subsequently, 200 g of this cellulose nanofiber composite dispersion (solid content: 1.0 g) and 4.0 g of epoxy resin prepolymer (PCE-750, Pernox Co., Ltd.) were mixed. The mixed solution was poured into a polystyrene petri dish and allowed to stand in an environment of 23 ° C. and 50% RH for 5 days to volatilize ion-exchanged water, thereby obtaining a composite of cellulose nanofiber composite and prepolymer. The composite was hot-pressed and cured in the same manner as in Example 2 to obtain a thermosetting resin composition.
〔実施例6及び7〕
本実施例においては、実施例1におけるセルロースナノファイバー複合体の凝集体を用いる代わりに、該セルロースナノファイバー複合体の凝集体を製造する過程で得られたセルロースナノファイバーの凝集体を用いた。このセルロースナノファイバーの凝集体の配合量は、表1に示すとおりとした。また、アルキルイミダゾリン系分散剤として、ホモゲノールL−95(花王(株)製)を、同表に示す配合量で用いた。これら以外は実施例1と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
[Examples 6 and 7]
In this example, instead of using the aggregate of the cellulose nanofiber composite in Example 1, the aggregate of the cellulose nanofiber obtained in the process of producing the aggregate of the cellulose nanofiber composite was used. The blending amount of the cellulose nanofiber aggregates was as shown in Table 1. In addition, homogenol L-95 (manufactured by Kao Corporation) was used as the alkylimidazoline-based dispersant in the amount shown in the same table. Except these, it carried out similarly to Example 1, and obtained the thermosetting resin composition.
〔比較例1〕
本比較例は、実施例1において、セルロースナノファイバー複合体の凝集体を用いなかった例である。これ以外は実施例1と同様にして熱硬化性樹脂を得た。
[Comparative Example 1]
This comparative example is an example in which the aggregate of the cellulose nanofiber composite was not used in Example 1. Except for this, a thermosetting resin was obtained in the same manner as in Example 1.
〔比較例2〕
本比較例は、実施例6において、アルキルイミダゾリン系分散剤を用いなかった例である。これ以外は実施例1と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
[Comparative Example 2]
This comparative example is an example in which no alkyl imidazoline dispersant was used in Example 6. Except this, it carried out similarly to Example 1, and obtained the thermosetting resin composition.
〔比較例3〕
本比較例は実施例4において、セルロースナノファイバー複合体の凝集体を用いなかった例である。これ以外は実施例4と同様にして熱硬化性樹脂を得た。
[Comparative Example 3]
This comparative example is an example in which the aggregate of the cellulose nanofiber composite was not used in Example 4. Except this, a thermosetting resin was obtained in the same manner as in Example 4.
〔評価〕
各実施例及び各比較例で得られた樹脂組成物及び樹脂について、以下に述べる方法で線熱膨張係数を測定した。その結果を以下の表1に示す。また樹脂組成物について、各材料の配合量から、それに含まれるセルロースナノファイバー又はセルロースナノファイバー複合体又はセルロースナノファイバーの割合を導き、これらの結果を以下の表1に示す。
[Evaluation]
About the resin composition and resin obtained by each Example and each comparative example, the linear thermal expansion coefficient was measured by the method described below. The results are shown in Table 1 below. Moreover, about the resin composition, the ratio of the cellulose nanofiber or the cellulose nanofiber complex contained in it or the cellulose nanofiber was derived from the blending amount of each material, and these results are shown in Table 1 below.
〔線熱膨張係数の測定〕
線熱膨張係数は熱機械的分析装置TMA/SS6100(セイコーインスツルメンツ(株))の引張モードを用いて測定した。0℃から300℃まで昇温速度5℃/分、荷重7mN、窒素雰囲気下で昇温し、20℃から200℃までのサンプル伸びから線熱膨張係数を算出した。
(Measurement of linear thermal expansion coefficient)
The linear thermal expansion coefficient was measured using a tensile mode of a thermomechanical analyzer TMA / SS6100 (Seiko Instruments Co., Ltd.). The temperature was increased from 0 ° C. to 300 ° C. at a rate of temperature increase of 5 ° C./min, a load of 7 mN, under a nitrogen atmosphere, and the linear thermal expansion coefficient was calculated from the sample elongation from 20 ° C. to 200 ° C.
表1に示す結果から明らかなとおり、セルロースナノファイバー複合体を含む実施例1〜3やセルロースナノファイバーとアルキルイミダゾリン系分散剤を含む実施例6、7は、セルロースナノファイバーを含まない比較例1やアルキルイミダゾリン系分散剤を含まない比較例2に比べて、低線熱膨張係数を示す。これはセルロースナノファイバー複合体又はアルキルイミダゾリン系分散剤を用いることで、熱硬化性樹脂中でのセルロースナノファイバーが均一に分散したためと考えられる。特に炭化水素基の炭素数が18である実施例1、3については線熱膨張係数が60ppm/K以下と顕著に低下した。また実施例4、5はセルロースナノファイバー複合体含有量が20%の樹脂組成物であるが、線熱膨張係数は50ppm/K以下と顕著に低下した。 As is apparent from the results shown in Table 1, Examples 1 to 3 containing a cellulose nanofiber composite and Examples 6 and 7 containing a cellulose nanofiber and an alkylimidazoline-based dispersant are Comparative Examples 1 containing no cellulose nanofiber. Compared to Comparative Example 2 that does not contain any alkyl imidazoline-based dispersant, it exhibits a low linear thermal expansion coefficient. This is considered to be because cellulose nanofibers were uniformly dispersed in the thermosetting resin by using a cellulose nanofiber composite or an alkylimidazoline-based dispersant. In particular, in Examples 1 and 3 in which the hydrocarbon group had 18 carbon atoms, the linear thermal expansion coefficient was remarkably reduced to 60 ppm / K or less. Examples 4 and 5 are resin compositions having a cellulose nanofiber composite content of 20%, but the linear thermal expansion coefficient was significantly reduced to 50 ppm / K or less.
Claims (6)
更にアルキルイミダゾリン系分散剤を含み、
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、
前記セルロースナノファイバーの平均繊維径が1nm以上200nm以下である
樹脂組成物の硬化物。 A cured product of a resin composition containing cellulose nanofibers and a thermosetting resin,
Further seen containing an alkyl imidazoline dispersant,
The thermosetting resin is an epoxy resin;
Hardened | cured material of the resin composition whose average fiber diameters of the said cellulose nanofiber are 1 nm or more and 200 nm or less .
イミダゾリン環における2位、4位又は5位の炭素原子のうちの少なくとも1箇所の炭素原子にアルキル基が結合しているものである請求項1又は2に記載の樹脂組成物の硬化物。 The alkyl imidazoline-based dispersant is one in which an alkyl group is bonded to at least one nitrogen atom of the 1-position or 3-position nitrogen atom in the imidazoline ring, or the 2-position, 4-position in the imidazoline ring. Or the hardened | cured material of the resin composition of Claim 1 or 2 which is what the alkyl group has couple | bonded with the carbon atom of at least one place of the 5-position carbon atoms.
(B1)セルロースナノファイバーと、熱硬化前の熱硬化性樹脂プレポリマーと、アルキルイミダゾリン系分散剤とを混合して混合物を得、
(B2)前記混合物を所定の形状に成形して成形体を得、
(B3)前記成形体中の前記プレポリマーを熱硬化させる工程を有し、
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、
前記セルロースナノファイバーの平均繊維径が1nm以上200nm以下である樹脂組成物の硬化物の製造方法。 A method for producing a cured product of the resin composition according to claim 1,
(B1) Cellulose nanofibers, a thermosetting resin prepolymer before thermosetting, and an alkylimidazoline-based dispersant are mixed to obtain a mixture,
(B2) Molding the mixture into a predetermined shape to obtain a molded body,
(B3) the prepolymer in the shaped body have a step of thermal curing,
The thermosetting resin is an epoxy resin;
Method of manufacturing a cured product of the average fiber diameter of the resin composition Ru der than 200nm or less 1nm of the cellulose nanofiber.
(B3)工程の前に前記揮発性溶媒を除去する工程を更に有する請求項5に記載の樹脂組成物の硬化物の製造方法。 ( B1) The cellulose nanofiber in the step is an aggregate containing a volatile solvent,
( B3) The manufacturing method of the hardened | cured material of the resin composition of Claim 5 which further has the process of removing the said volatile solvent before a process.
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