JP6591304B2 - Easily dispersible cellulose composition, method for producing easily dispersible cellulose composition, cellulose dispersed resin composition, and method for producing cellulose dispersed resin composition - Google Patents

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Description

本発明は、優れたフィラーとしての機能が注目されているものの、親水性の物質であり、その構造に強固な水素結合があることから、疎水性の樹脂であるポリオレフィン等への分散が難しく、現状では、その利用が促進されていない微細なセルロース繊維の広範な利用の実現を可能にする新たな技術に関する。具体的には、ナノサイズで水に分散させたポリオレフィンエマルジョンを利用することで、水に分散させたナノサイズのセルロースを前記ポリオレフィンにて処理して分散が難しいセルロースの樹脂分散性を高めた、易分散性セルロース組成物の提供、これを用いたセルロース分散樹脂組成物の提供を実現する技術に関する。   Although the present invention has attracted attention as an excellent filler function, it is a hydrophilic substance and has a strong hydrogen bond in its structure. Therefore, it is difficult to disperse in a polyolefin such as a hydrophobic resin. At present, the present invention relates to a new technology that makes it possible to realize wide use of fine cellulose fibers whose use is not promoted. Specifically, by using a polyolefin emulsion dispersed in water in nano size, the nano resin dispersed in water was treated with the polyolefin to increase the resin dispersibility of cellulose difficult to disperse, The present invention relates to a technique for providing an easily dispersible cellulose composition and providing a cellulose-dispersed resin composition using the same.

セルロース繊維は、全ての植物の基本骨格物質であり、地球上に一兆トンを超える蓄積があり、植樹によって再生可能の資源であることからも、その有効活用が望まれる。セルロース繊維は、鋼鉄の1/5の軽さであるにも関わらず、鋼鉄の5倍以上の強度、ガラスの1/50の低線熱膨張係数を有する繊維である。このため、セルロース繊維を樹脂等のマトリックス中にフィラーとして含有させ、機械的強度を付与させる技術がある(特許文献1)。また、セルロース繊維が有する機械的強度を更に向上させる目的で、セルロース繊維を解繊した、セルロースナノファイバー(ミクロフィブリル化植物繊維、CNFと略記する場合がある)が製造されている(特許文献2)。CNFと同様に、セルロース繊維を解繊処理したものとして、セルロースナノクリスタル(CNCと略記する場合がある)が知られている。CNFは、セルロース繊維を機械的解繊等の処理を施すことで得られる繊維であり、繊維幅4〜100nm程度、繊維長5μm程度以上の繊維である。また、CNCは、セルロース繊維を酸加水分解等の化学的処理を施すことで得られる結晶であり、結晶幅10〜50nm程度、結晶長500nm程度の結晶である。これらCNF及びCNCは、総称してナノセルロースと称される。ナノセルロースは、高比表面積(250〜300m2/g)であり、鋼鉄と比較して軽量であり且つ高強度である。 Cellulose fiber is a basic skeletal material of all plants, has accumulated over a trillion tons on the earth, and is a resource that can be regenerated by tree planting, so its effective use is desired. Cellulose fibers are fibers that are 5 times stronger than steel and have a low linear thermal expansion coefficient that is 1/50 that of glass, despite being 1/5 lighter than steel. For this reason, there is a technique in which cellulose fibers are contained as a filler in a matrix such as a resin to impart mechanical strength (Patent Document 1). In addition, for the purpose of further improving the mechanical strength of cellulose fibers, cellulose nanofibers (which may be abbreviated as “microfibrillated plant fibers” or “CNF”) obtained by defibrating cellulose fibers have been manufactured (Patent Document 2). ). Similar to CNF, cellulose nanocrystals (sometimes abbreviated as CNC) are known as fibrillated cellulose fibers. CNF is a fiber obtained by subjecting cellulose fibers to treatment such as mechanical defibration, and is a fiber having a fiber width of about 4 to 100 nm and a fiber length of about 5 μm or more. CNC is a crystal obtained by subjecting cellulose fibers to chemical treatment such as acid hydrolysis, and is a crystal having a crystal width of about 10 to 50 nm and a crystal length of about 500 nm. These CNF and CNC are collectively referred to as nanocellulose. Nanocellulose has a high specific surface area (250 to 300 m 2 / g), is lighter and has higher strength than steel.

ナノセルロースは、ガラスと比較して熱変形が小さい。また、高強度且つ低熱膨張であるナノセルロースは、持続型資源材料として有用な素材である。例えば、ナノセルロースと樹脂等の高分子材料とを組み合わせて高強度・低熱膨張とする複合材料の、エアロゲル材料、CNCの自己組織化によるキラルネマチック液晶相を利用した光学異方性材料、ナノセルロースに機能性官能基を導入して高機能性材料とするといった開発及び創製がなされている。一方、ナノセルロースは、水酸基を豊富に有するので、親水性で極性が強く、疎水性で極性の無い汎用性樹脂との相溶性に劣る側面がある。このため、ナノセルロースを用いた材料開発では、化学処理により、ナノセルロースの表面改質又はナノセルロースへの官能基導入を行い、ナノセルロースの汎用性樹脂との相溶性を向上させることが検討されている。つまり、有用な素材であるナノセルロースの、汎用性樹脂に対する分散性を向上させることが、種々検討されている。   Nanocellulose is less thermally deformed than glass. Nanocellulose having high strength and low thermal expansion is a useful material as a sustainable resource material. For example, composite materials that combine nanocellulose and polymer materials such as resins to achieve high strength and low thermal expansion, airgel materials, optically anisotropic materials using chiral nematic liquid crystal phases by CNC self-assembly, nanocellulose Development and creation have been made such that functional functional groups are introduced into a highly functional material. On the other hand, since nanocellulose has abundant hydroxyl groups, it has an aspect that is inferior in compatibility with a versatile resin having hydrophilicity and strong polarity, and hydrophobicity and no polarity. For this reason, in the development of materials using nanocellulose, it is considered to improve the compatibility of nanocellulose with general-purpose resins by modifying the surface of nanocellulose or introducing functional groups into nanocellulose by chemical treatment. ing. That is, various studies have been made to improve the dispersibility of nanocellulose, which is a useful material, for general-purpose resins.

また、セルロース繊維をフィラーとして含む汎用性樹脂組成物の作製において、分散剤を添加して、セルロース繊維と凡用性樹脂との分散性、相溶性を向上させることが検討されている。例えば、非特許文献1では、セルロースナノクリスタル(セルロースナノウィスカー)に界面活性剤を吸着させることで、セルロースナノクリスタルの有機溶媒分散性を向上させている。非特許文献2では、界面活性剤を吸着したセルロースナノクリスタルを補強材としたアイソタクチックポリプロピレン(iPP)複合材料を作製し、iPP単独に比べて約1.4倍の引張強度を向上させるとしている。また、特許文献2では、熱可塑性樹脂の補強材としてセルロースを利用する場合に、セルロースの凝集塊の発生を抑え、樹脂にセルロースを均一に分散する目的で、セルロースファイバーと親水性であり且つ特定のHLB値(親水親油バランス)を有する添加剤(低分子系界面活性剤)を分散させることが提案されている。   Further, in the production of a versatile resin composition containing cellulose fiber as a filler, it has been studied to add a dispersant to improve the dispersibility and compatibility between the cellulose fiber and the universal resin. For example, in Non-Patent Document 1, the organic solvent dispersibility of cellulose nanocrystals is improved by adsorbing a surfactant to cellulose nanocrystals (cellulose nanowhiskers). In Non-Patent Document 2, an isotactic polypropylene (iPP) composite material using cellulose nanocrystals adsorbed with a surfactant as a reinforcing material is produced, and the tensile strength is improved by about 1.4 times compared to iPP alone. Yes. Further, in Patent Document 2, when cellulose is used as a reinforcing material for thermoplastic resin, it is hydrophilic and specified with cellulose fiber for the purpose of suppressing the generation of cellulose agglomerates and uniformly dispersing cellulose in the resin. It has been proposed to disperse an additive (low molecular weight surfactant) having an HLB value (hydrophilic / lipophilic balance).

特開2008−266630号公報JP 2008-266630 A 国際公開第2012/111408号International Publication No. 2012/111408

Heuxら、Langmuir、Vol.16、No.21、2000、8210−8212Heux et al., Langmuir, Vol. 16, no. 21, 2000, 8210-8212 Ljungbergら、Polymer、Vol.47、2006、6285−6292Ljungberg et al., Polymer, Vol. 47, 2006, 6285-6292

以上のように、様々な手法を用いて、セルロースを樹脂に添加して、セルロースのナノ構造として樹脂中に微分散させ、樹脂の強度アップなどがなされているが、いずれの手法も簡便で実用性に優れたものであるとは言い難かった。まず、セルロースを微分散させる樹脂としては、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリアルケンであるポリオレフィンが汎用であるが、これらの樹脂は、疎水性が高く極性が低いため、親水性の物質であるセルロースを十分に分散させて、良好な分散状態を得ることができない場合があった。また、ナノセルロースに機能性官能基を導入して官能基化するためには、多工程を取る必要があり、この手法は、煩雑であるという問題があった。また、分散剤を添加する手法では、顔料分散剤として従来使用されているアクリル系ポリマーや、エステル系ポリマーや、ウレタン系ポリマーなど、様々な種類のものが使用できると考えられるが、種類によってはポリオレフィンと良好に相溶しない場合があり適用できず、また、別途、分散剤を設計したり、分散剤とセルロースとの混合工程が必要であったりして、分散工程が煩雑で、十分性能が発揮できない場合があった。   As described above, various methods are used to add cellulose to the resin and finely disperse it in the resin as a cellulose nanostructure, which improves the strength of the resin. It was hard to say that it was excellent. First, as resins for finely dispersing cellulose, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, which are polyalkenes, are widely used. However, since these resins are highly hydrophobic and low in polarity, cellulose that is a hydrophilic substance is sufficiently used. In some cases, it was not possible to obtain a good dispersion state by dispersion. In addition, in order to introduce a functional functional group into nanocellulose to form a functional group, it is necessary to take multiple steps, and this method has a problem that it is complicated. In addition, in the method of adding a dispersant, it is considered that various types such as acrylic polymers, ester polymers, and urethane polymers that are conventionally used as pigment dispersants can be used. It may not be compatible with polyolefin and may not be applied. Also, a dispersing agent may be separately designed, or a mixing step of the dispersing agent and cellulose is required. There were cases where it could not be demonstrated.

本発明は、前記従来技術の背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来技術のように、ナノセルロースの表面改質や、ナノセルロースへの官能基導入といったことを行うことなく、簡便な手法によって、親水性の物質であるセルロースを、疎水性の高いポリオレフィンへ容易に分散させることができるようにして、セルロース素材を汎用の樹脂に適用可能なものにする技術を提供することにある。また、本発明の目的は、水を主媒体とした系で、簡便で効率的にセルロースを処理し、これによって、汎用樹脂等の疎水性物質中にセルロースを容易に分散させることができる易分散性セルロース組成物を提供すること、更には、これによって有用なセルロース分散樹脂組成物の提供を可能にすることにある。   The present invention has been made in view of the background of the prior art, and its purpose is to perform the surface modification of nanocellulose and the introduction of functional groups into nanocellulose as in the prior art, To provide a technology for making cellulose materials applicable to general-purpose resins by easily dispersing cellulose, which is a hydrophilic substance, into a highly hydrophobic polyolefin by a simple method. is there. Another object of the present invention is to easily disperse cellulose in a hydrophobic material such as a general-purpose resin by simply and efficiently treating cellulose in a system using water as a main medium. It is another object of the present invention to provide a functional cellulose composition and to thereby provide a useful cellulose-dispersed resin composition.

本発明者らは、前記した従来技術の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、水中に細かく分散しているセルロースナノファイバーの水溶液に、カルボキシ基を有するポリアルケンであるポリオレフィンのアルカリ中和エマルジョンを共存させて、酸で中和してオレフィンを析出させ、セルロースナノファイバーが分散している状態で、析出したオレフィンの中にセルロースを閉じ込めることで、易分散性セルロース組成物とすることができることを見出して本発明に至った。すなわち、上記のように構成した易分散性セルロース組成物を用いることで、セルロースを樹脂に分散した場合に、セルロースの凝集塊の発生を抑えつつ、良好なセルロース分散樹脂組成物が得られることを見出した。本発明では、特に断りがない限り、ポリオレフィンとはポリアルケンを指し、単にポリオレフィンと称す場合がある。   As a result of intensive studies to solve the problems of the prior art described above, the present inventors have found that an alkali neutralized emulsion of polyolefin, which is a polyalkene having a carboxy group, in an aqueous solution of cellulose nanofiber finely dispersed in water. Can be made into an easily dispersible cellulose composition by confining cellulose in the precipitated olefin in a state where cellulose nanofibers are dispersed in a state where the olefin is precipitated by neutralizing with an acid. As a result, the present invention has been achieved. That is, by using the easily dispersible cellulose composition configured as described above, when cellulose is dispersed in a resin, a good cellulose-dispersed resin composition can be obtained while suppressing the generation of cellulose aggregates. I found it. In the present invention, unless otherwise specified, polyolefin refers to polyalkene and may be simply referred to as polyolefin.

上記の目的は、下記の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、セルロースの樹脂中への分散性を高めた易分散性セルロース組成物であって、セルロースとポリオレフィンとからなり、前記セルロースが、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロース繊維であり、前記ポリオレフィンが、ポリアルケンであり、カルボキシ基を有し、その酸価が50mgKOH/g以下で、且つ、その融点が80℃以上であり、前記セルロースを、質量基準で5%〜30%を含有することを特徴とする易分散性セルロース組成物を提供する。   The above object is achieved by the present invention described below. That is, the present invention is an easily dispersible cellulose composition having improved dispersibility of cellulose in a resin, which is composed of cellulose and polyolefin, wherein the cellulose is cellulose nanofiber, cellulose nanocrystal, pulp, lignocellulose. And at least one cellulose fiber selected from the group consisting of wood flour, the polyolefin is a polyalkene, has a carboxy group, its acid value is 50 mg KOH / g or less, and its melting point is 80 ° C. or higher. And providing an easily dispersible cellulose composition comprising 5% to 30% of the cellulose on a mass basis.

本発明の易分散性セルロース組成物の好ましい形態としては、前記ポリオレフィンのカルボキシ基が、前記セルロースの水酸基と反応してエステル結合を形成していることが挙げられる。   A preferable form of the easily dispersible cellulose composition of the present invention is that the carboxy group of the polyolefin reacts with the hydroxyl group of the cellulose to form an ester bond.

本発明は、別の実施形態として、セルロースの樹脂中への分散性を高めた易分散性セルロース組成物の製造方法において、カルボキシ基を有するポリアルケンであるポリオレフィンのポリオレフィンエマルジョンを、含水状態又は乾燥状態のセルロースと混合して、セルロースとポリオレフィンエマルジョンの混合水溶液を得た後、酸を添加してポリオレフィンを析出させる工程を有し、該工程で用いる前記ポリオレフィンエマルジョンが、酸価が50mgKOH/g以下であり、且つ、融点が80℃以上であるポリオレフィンをアルカリにて中和して水中に乳化してなる、その光散乱による粒子径測定機による平均粒子径が300nm以下のポリオレフィンエマルジョンであることを特徴とする易分散性セルロース組成物の製造方法を提供する。   As another embodiment, the present invention provides a method for producing a readily dispersible cellulose composition having improved dispersibility of cellulose in a resin, and a polyolefin emulsion of polyolefin, which is a polyalkene having a carboxy group, in a water-containing state or a dried state. And then mixing the cellulose with a cellulose emulsion to obtain a mixed aqueous solution of cellulose and a polyolefin emulsion, and then adding an acid to precipitate the polyolefin. The polyolefin emulsion used in the step has an acid value of 50 mgKOH / g or less. A polyolefin emulsion having a melting point of 80 ° C. or more, neutralized with an alkali and emulsified in water, and having an average particle size of 300 nm or less by a particle size measuring instrument based on light scattering. A method for producing an easily dispersible cellulose composition is provided. That.

本発明の易分散性セルロース組成物の製造方法の好ましい形態としては、下記のものが挙げられる。すなわち、前記セルロースが、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロース繊維であること;前記混合水溶液中におけるセルロースの含有量が、質量基準で、3%以下であること;前記混合水溶液が、質量基準で、前記セルロース100部に対して、前記ポリオレフィンを233.3部〜1900部の範囲で含むこと;前記ポリオレフィンを析出させる工程の後に、更に90℃以上の温度にて加熱する工程を有し、該加熱工程で、前記ポリオレフィンのカルボキシ基を、前記セルロースの水酸基と反応させて脱水縮合して、エステル結合を形成させること;が挙げられる。   The following are mentioned as a preferable form of the manufacturing method of the easily dispersible cellulose composition of this invention. That is, the cellulose is at least one cellulose fiber selected from the group consisting of cellulose nanofibers, cellulose nanocrystals, pulp, lignocellulose, and wood flour; the content of cellulose in the mixed aqueous solution is based on mass 3% or less; the mixed aqueous solution contains the polyolefin in a range of 233.3 parts to 1900 parts with respect to 100 parts of the cellulose on a mass basis; after the step of depositing the polyolefin And a step of heating at a temperature of 90 ° C. or higher, and in the heating step, the carboxy group of the polyolefin is reacted with the hydroxyl group of the cellulose to perform dehydration condensation to form an ester bond. It is done.

本発明は、別の実施形態として、セルロースと樹脂との混合物であるセルロース分散樹脂組成物であって、前記セルロースが、上記のセルロースの樹脂中への分散性を高めた易分散性セルロース組成物であり、且つ、組成物中に、質量基準で、セルロースを0.1%以上10%以下含有することを特徴とするセルロース分散樹脂組成物を提供する。   Another embodiment of the present invention is a cellulose-dispersed resin composition that is a mixture of cellulose and a resin, wherein the cellulose has a highly dispersible cellulose composition in which the dispersibility of the cellulose in the resin is increased. And a cellulose-dispersed resin composition comprising 0.1% to 10% of cellulose on a mass basis in the composition.

本発明のセルロース分散樹脂組成物の好ましい形態としては、前記樹脂が、ポリアルケンであるポリオレフィンで、且つ、前記易分散性セルロース組成物を構成するポリオレフィンと同一骨格のポリマーであることが挙げられる。   As a preferable form of the cellulose-dispersed resin composition of the present invention, it is mentioned that the resin is a polyolefin that is a polyalkene and a polymer having the same skeleton as the polyolefin constituting the easily dispersible cellulose composition.

本発明は、別の実施形態として、セルロースと樹脂との混合物であるセルロース分散樹脂組成物を得るための製造方法であって、カルボキシ基を有するポリアルケンである、その酸価が50mgKOH/g以下のポリオレフィンをアルカリにて中和したポリオレフィンエマルジョンを、含水状態又は乾燥状態のセルロースと混合して、セルロースとポリオレフィンエマルジョンの混合水溶液を得た後、酸を添加してポリオレフィンを析出させて得たセルロースの樹脂中への分散性を高めた易分散性セルロース組成物を用い、該易分散性セルロース組成物の製造に起因する液分を含んだまま樹脂と混合してセルロース分散樹脂組成物を得ることを特徴とするセルロース分散樹脂組成物の製造方法を提供する。   Another embodiment of the present invention is a production method for obtaining a cellulose-dispersed resin composition, which is a mixture of cellulose and resin, and is a polyalkene having a carboxy group, the acid value of which is 50 mgKOH / g or less. A polyolefin emulsion obtained by neutralizing polyolefin with an alkali is mixed with water-containing or dried cellulose to obtain a mixed aqueous solution of cellulose and polyolefin emulsion, and then an acid is added to precipitate the polyolefin. A cellulose-dispersed resin composition is obtained by using a readily dispersible cellulose composition having improved dispersibility in the resin and mixing with the resin while containing a liquid component resulting from the production of the easily dispersible cellulose composition. A method for producing a cellulose-dispersed resin composition is provided.

本発明のセルロース分散樹脂組成物の製造方法の好ましい形態としては、前記ポリオレフィンエマルジョンが、融点が80℃以上であるポリオレフィンをアルカリにて中和して水中に乳化してなる、その光散乱による粒子径測定機による平均粒子径が300nm以下であるポリオレフィンエマルジョンであることが挙げられる。   As a preferred form of the method for producing a cellulose-dispersed resin composition of the present invention, the above-mentioned polyolefin emulsion is obtained by neutralizing a polyolefin having a melting point of 80 ° C. or higher with an alkali and emulsifying it in water. It is mentioned that it is a polyolefin emulsion whose average particle diameter by a diameter measuring machine is 300 nm or less.

本発明によれば、簡便な方法で、疎水性が高く極性が低い樹脂中に、親水性の物質であるセルロースが良好な状態で分散されたセルロース分散樹脂組成物を得るのに有効な、易分散性セルロース組成物が提供される。本発明によれば、再生が可能な天然素材であり、優れたフィラーとしての機能が注目されているものの、親水性の物質であることから、樹脂等への分散が難しく、現状では、多工程による煩雑な化学修飾したセルロースを使用したり、別途調製した分散剤を使用してセルロース類を樹脂に添加分散したりしてセルロースを樹脂へ適用しているのに対し、本発明では、簡便な方法で効果的な易分散性セルロース組成物が得られるため、有用な素材でありながら、その利用が促進されていない微細なセルロース繊維の広範な利用の実現が可能になる。   According to the present invention, a simple method is effective for obtaining a cellulose-dispersed resin composition in which cellulose, which is a hydrophilic substance, is dispersed in a good state in a highly hydrophobic and low-polarity resin. Dispersible cellulose compositions are provided. According to the present invention, it is a natural material that can be regenerated, and although its function as an excellent filler has attracted attention, it is a hydrophilic substance, so it is difficult to disperse in a resin or the like. In the present invention, cellulose is applied to the resin by adding and dispersing the cellulose in the resin by using a complicated chemically modified cellulose or by using a separately prepared dispersant. Since an effective easily dispersible cellulose composition is obtained by the method, it is possible to realize a wide range of utilization of fine cellulose fibers which are useful materials but have not been promoted.

より具体的には、本発明では、下記の簡便な方法で、有用な易分散性セルロース組成物の提供を可能にしている。異種の官能基である酸性基のカルボキシ基を最小限に持つポリオレフィンがナノ粒子で分散している、機械的強度があり、プラスチックとして使用することができるポリオレフィンのエマルジョンを使用して、セルロースナノファイバーを処理することによって、ポリアルケンであるポリオレフィン樹脂に容易にセルロースが分散する、樹脂中への分散性を高めた易分散性のセルロースになるので、これを用いて得られるセルロース分散樹脂組成物は、ナノセルロース由来の性能を発揮し、高強度を発揮することができるものになる。上記したように、本発明の大きな技術的特徴は、極低酸価で、その酸がアルカリでナノ微粒子分散しているポリオレフィンエマルジョンを使用したことにある。   More specifically, in the present invention, it is possible to provide a useful easily dispersible cellulose composition by the following simple method. Cellulose nanofibers using polyolefin emulsion which has a mechanical strength and can be used as plastic, polyolefins with minimal carboxy group of acidic group which is different functional group are dispersed in nanoparticles By treating this, cellulose easily disperses in the polyolefin resin that is a polyalkene, and becomes easily dispersible cellulose with improved dispersibility in the resin. Therefore, a cellulose-dispersed resin composition obtained using this, The performance derived from nanocellulose is exhibited, and high strength can be exhibited. As described above, a major technical feature of the present invention is that a polyolefin emulsion having an extremely low acid value, an alkali of the acid, and nano-particle dispersion is used.

実施例2、実施例5及び比較例2のセルロースを含有した各組成物についての、熱キシレンへの分散性試験結果を示す図である。It is a figure which shows the dispersibility test result to a thermal xylene about each composition containing the cellulose of Example 2, Example 5, and the comparative example 2. FIG. 実施例7の易分散性セルロース組成物CP−6からなる膜が、下地の絵柄が明確に視認できる微半透明の膜であることを示す図である。It is a figure which shows that the film | membrane which consists of the easily dispersible cellulose composition CP-6 of Example 7 is a slightly translucent film | membrane which can visually recognize the pattern of a foundation | substrate clearly. 実施例7の易分散性セルロース組成物CP−6からなる膜の電子顕微鏡写真の図である。It is a figure of the electron micrograph of the film | membrane which consists of the easily dispersible cellulose composition CP-6 of Example 7. FIG.

発明を実施するための最良の形態を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。本発明の易分散性セルロース組成物は、極低酸価で且つTgが高いポリオレフィンとセルロースとの混合物であることを特徴とする。より具体的には、ポリオレフィンが、ポリアルケンであり、酸基としてカルボキシ基を有し、その酸価が50mgKOH/g以下で、且つ、その融点が80℃以上であり、セルロースが、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロース繊維であり、該セルロースを、質量基準で5%〜30%を含有するものであることを特徴とする。上記構成を有する本発明の易分散性セルロース組成物は、下記の本発明の製造方法によって簡便に得ることができる。   The present invention will be described in more detail with reference to the best mode for carrying out the invention. The easily dispersible cellulose composition of the present invention is a mixture of polyolefin and cellulose having a very low acid value and a high Tg. More specifically, the polyolefin is a polyalkene, has a carboxy group as an acid group, has an acid value of 50 mg KOH / g or less, has a melting point of 80 ° C. or more, and cellulose is cellulose nanofiber. It is at least 1 sort (s) of cellulose fiber chosen from the group which consists of a cellulose nanocrystal, a pulp, lignocellulose, and a wood flour, This cellulose is characterized by containing 5-30% on a mass basis. The easily dispersible cellulose composition of the present invention having the above configuration can be easily obtained by the following production method of the present invention.

本発明の易分散性セルロース組成物の製造方法は、カルボキシ基を有するポリアルケンであるポリオレフィンのポリオレフィンエマルジョンを、含水状態又は乾燥状態のセルロースと混合して、セルロースとポリオレフィンエマルジョンの混合水溶液を得た後、酸を添加してポリオレフィンを析出させる工程を有し、該工程で用いる前記ポリオレフィンエマルジョンが、酸価が50mgKOH/g以下で、且つ、融点が80℃以上であるポリオレフィンをアルカリにて中和して水中に乳化してなる、その光散乱による粒子径測定機による平均粒子径が300nm以下であるポリオレフィンエマルジョンであることを特徴とする。すなわち、本発明の製造方法では、セルロースを易分散性にするために用いるポリオレフィンを、その酸基がカルボキシ基であって、そのカルボキシ基がアルカリで中和されて、特に必須である300nm以下のナノ粒子という形で分散乳化しているポリオレフィンのエマルジョンで使用する。そして、このポリオレフィンのエマルジョンを、含水状態又は乾燥状態のセルロースと、例えば、水に分散しているCNFと混合して、CNFとポリオレフィンエマルジョンの混合水溶液を得た後、中和されてイオン化されているカルボン酸を、酸を添加することでカルボン酸に戻して、析出させる。このようにすることで、CNFなどのセルロースが液中に分散している状態でポリオレフィンにて包み込むことができる。このようにして得られたセルロースと樹脂とからなる組成物を、他の樹脂、好ましくはポリオレフィン樹脂に混練或いは溶融混合や分散させることで、CNFなどのセルロースを、容易に樹脂に分散させることが可能になる。すなわち、上記した製造方法によって得られる組成物は、セルロースのオレフィン樹脂への分散性を高めた易分散性を示すセルロース組成物になる。   In the method for producing an easily dispersible cellulose composition of the present invention, a polyolefin emulsion of polyolefin which is a polyalkene having a carboxy group is mixed with cellulose in a water-containing state or in a dry state to obtain a mixed aqueous solution of cellulose and polyolefin emulsion. The polyolefin emulsion used in this step neutralizes the polyolefin having an acid value of 50 mgKOH / g or less and a melting point of 80 ° C. or more with an alkali. And a polyolefin emulsion having an average particle diameter of 300 nm or less measured by a particle diameter measuring device by light scattering. That is, in the production method of the present invention, the polyolefin used for making cellulose easily dispersible has an acid group of carboxy group, and the carboxy group is neutralized with an alkali. It is used as an emulsion of polyolefin dispersed and emulsified in the form of nanoparticles. This polyolefin emulsion is mixed with water-containing or dry cellulose and, for example, CNF dispersed in water to obtain a mixed aqueous solution of CNF and polyolefin emulsion, and then neutralized and ionized. The carboxylic acid is returned to the carboxylic acid by addition of acid and precipitated. By doing in this way, cellulose, such as CNF, can be wrapped with polyolefin in the state disperse | distributed in the liquid. The composition composed of cellulose and resin thus obtained can be kneaded or melt-mixed or dispersed in another resin, preferably a polyolefin resin, so that cellulose such as CNF can be easily dispersed in the resin. It becomes possible. That is, the composition obtained by the above-described production method becomes a cellulose composition exhibiting easy dispersibility with improved dispersibility of cellulose in an olefin resin.

上記したように、本発明の製造方法により簡便に得られる本願発明の易分散性セルロース組成物を用いて樹脂との複合化をすることで、極めて容易に、セルロース分散樹脂組成物を得ることができる。本発明者らの検討によれば、得られるセルロース分散樹脂組成物は、セルロースが樹脂中に良好に分散したものとなり、更に、射出成型した場合に、その機械的強度が向上したものとなる。このように、本発明によれば、極めて簡便な方法で、樹脂への相溶性に優れる易分散性セルロース組成物が得られるので、これを用いることで、機能性材料として優れた素材であるセルロースの広範な利用が期待される。   As described above, a cellulose-dispersed resin composition can be obtained very easily by complexing with a resin using the easily dispersible cellulose composition of the present invention obtained by the production method of the present invention. it can. According to the study by the present inventors, the obtained cellulose-dispersed resin composition has a cellulose dispersed well in the resin, and further has improved mechanical strength when injection molded. Thus, according to the present invention, an easily dispersible cellulose composition having excellent compatibility with a resin can be obtained by an extremely simple method. By using this, cellulose that is an excellent material as a functional material can be obtained. Is expected to be widely used.

以下、本発明の易分散性セルロース組成物について説明する。本発明の易分散性セルロース組成物は、セルロースとポリオレフィンとからなる、セルロースの樹脂中への分散性を高めた易分散性セルロース組成物である。以下、これらについて説明する。   Hereinafter, the easily dispersible cellulose composition of the present invention will be described. The easily dispersible cellulose composition of the present invention is an easily dispersible cellulose composition comprising cellulose and polyolefin and having improved dispersibility of cellulose in a resin. Hereinafter, these will be described.

(セルロース)
本発明で使用するセルロースは、例えば、セルロースナノファイバー(CNF)、セルロースナノクリスタル(CNC)、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種である。特に、CNF又はCNCを用いることが好ましい。なお、本発明では、CNF及びCNCを「ナノセルロース」とも称す。以下、各セルロースについて、詳細に説明する。なお、セルロースの代表例として、「ナノセルロース」或いはCNFを用いて本発明を説明する場合があるが、本発明は、これらに限定されるものではない。
(cellulose)
The cellulose used in the present invention is at least one selected from the group consisting of cellulose nanofiber (CNF), cellulose nanocrystal (CNC), pulp, lignocellulose and wood flour, for example. In particular, it is preferable to use CNF or CNC. In the present invention, CNF and CNC are also referred to as “nanocellulose”. Hereinafter, each cellulose will be described in detail. In addition, as a typical example of cellulose, the present invention may be described using “nanocellulose” or CNF, but the present invention is not limited to these.

セルロース(或いはセルロース繊維)の原料として用いられる植物繊維は、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、綿、ビート、農産物残廃物及び布といった天然植物原料から得られる、パルプ及びレーヨン、セロファン等の再生セルロース繊維等が挙げられる。木材としては、例えば、シトカスプルース、スギ、ヒノキ、ユーカリ及び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、雑誌及びコピー用紙等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。植物繊維は、1種単独でも用いてもよく、これらから選ばれた2種以上を用いてもよい。   Plant fiber used as a raw material for cellulose (or cellulose fiber) is recycled from natural plant materials such as wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, cotton, beet, agricultural waste and cloth, and recycled pulp, rayon, cellophane, etc. A cellulose fiber etc. are mentioned. Examples of the wood include Sitka spruce, cedar, cypress, eucalyptus, and acacia. Examples of the paper include deinked waste paper, corrugated paper, magazines, and copy paper. However, it is not limited to these. One kind of plant fiber may be used alone, or two or more kinds selected from these may be used.

リグノセルロースは、植物繊維の主成分であり、主に、セルロース、ヘミセルロース、リグニンから構成され、各々が結合した構造であり、植物繊維を形成している。このリグノセルロースを含む植物繊維を、機械処理及び又は化学処理により、ヘミセルロース及びリグニンを除去し、セルロースの純分を高めることで、パルプが得られる。必要に応じて漂白処理も行われ、また脱リグニン量を調整し、当該パルプ中のリグニン量を調整することができる。   Lignocellulose is the main component of plant fibers, and is mainly composed of cellulose, hemicellulose, and lignin, and has a structure in which each is bound to form plant fibers. Pulp is obtained by removing hemicellulose and lignin from the plant fiber containing lignocellulose by mechanical treatment and / or chemical treatment to increase the pure content of cellulose. A bleaching treatment is also performed as necessary, and the amount of delignification can be adjusted to adjust the amount of lignin in the pulp.

パルプとしては、植物繊維を機械処理及び/又は化学処理により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(TWP)、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、雑誌古紙パルプなどが、好ましいものとして挙げられる。これらのパルプの中でも、繊維の強度が強い針葉樹由来の各種クラフトパルプ〔針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹酸素晒し未漂白クラフトパルプ(NOKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)〕が特に好ましい。パルプ中のリグニン含有量は、特に限定されるものではないが、通常0〜40質量%程度、好ましくは0〜10質量%程度である。リグニン含有量の測定は、Klason法により測定することができる。   As the pulp, chemical pulp [craft pulp (KP), sulfite pulp (SP)], semi-chemical pulp (SCP), chemiground pulp (obtained by pulping plant fibers by mechanical treatment and / or chemical treatment) CGP), chemimechanical pulp (CMP), groundwood pulp (GP), refiner mechanical pulp (RMP), thermomechanical pulp (TWP), chemithermomechanical pulp (CTMP), and deinked waste paper based on these pulps Pulp, cardboard waste paper pulp, magazine waste paper pulp and the like are preferred. Among these pulps, various kraft pulps derived from conifers with strong fiber strength [unleaved kraft pulps of conifers (NUKP), unbleached kraft pulps exposed to oxygen of conifers (NOKP), and bleached kraft pulps of conifers (NBKP)] are particularly preferable. The lignin content in the pulp is not particularly limited, but is usually about 0 to 40% by mass, preferably about 0 to 10% by mass. The lignin content can be measured by the Klason method.

本発明において好適に使用できるナノセルロースは、セルロース繊維を含む材料(例えば、木材パルプ等)を、その繊維をナノサイズレベルまで解きほぐした(解繊処理した)セルロースであり、CNF及びCNCを含む。植物の細胞壁の中では、幅4nm程のセルロースミクロフィブリル(シングルセルロースナノファイバー)が最小単位として存在し、植物の基本骨格物質であるが、ナノセルロースは、セルロースミクロフィブリル又はセルロースミクロフィブリルが複数凝集して形成されるナノサイズのセルロースである。   Nanocellulose that can be suitably used in the present invention is cellulose in which a material containing cellulose fibers (for example, wood pulp or the like) has been unraveled (defibrated) to a nanosize level, and includes CNF and CNC. In the plant cell wall, cellulose microfibrils (single cellulose nanofibers) with a width of about 4 nm exist as a minimum unit and are the basic skeletal material of plants. Nanocellulose is composed of multiple cellulose microfibrils or cellulose microfibrils. It is a nano-sized cellulose formed as described above.

ナノセルロースの中で、CNFは、セルロース繊維を機械的解繊等の処理を施すことで得られる繊維であり、繊維幅4〜200nm程度、繊維長5μm程度以上の繊維である。本発明で使用するCNFの比表面積としては、70〜300m2/g程度が好ましく、70〜250m2/g程度がより好ましく、100〜200m2/g程度が更に好ましい。CNFの比表面積を高くすることで、樹脂と組み合わせて樹脂組成物とした場合に、接触面積を大きくすることができ、強度が向上する。一方、比表面積が極端に高いと、樹脂組成物の樹脂中での凝集が起こり易くなり、目的とする高強度材料が得られないことがあるので好ましくない。本発明で使用するCNFの繊維径は、平均値が通常4〜200nm程度、好ましくは4〜150nm程度、特に好ましくは4〜100nm程度である。 Among the nanocelluloses, CNF is a fiber obtained by subjecting cellulose fibers to treatment such as mechanical defibration, and is a fiber having a fiber width of about 4 to 200 nm and a fiber length of about 5 μm or more. The specific surface area of the CNF for use in the present invention, preferably about 70~300m 2 / g, more preferably about 70 to 250 2 / g, about 100 to 200 m 2 / g is more preferable. By increasing the specific surface area of CNF, when the resin composition is combined with a resin, the contact area can be increased and the strength is improved. On the other hand, if the specific surface area is extremely high, aggregation of the resin composition in the resin tends to occur, and the intended high-strength material may not be obtained. The average fiber diameter of CNF used in the present invention is usually about 4 to 200 nm, preferably about 4 to 150 nm, and particularly preferably about 4 to 100 nm.

植物繊維を解繊し、CNFを調製する方法としては、パルプ等のセルロース繊維含有材料を解繊する方法が挙げられる。解繊方法としては、例えば、セルロース繊維含有材料の水懸濁液又はスラリーを、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(好ましくは二軸混練機)、ビーズミル等による、機械的な摩砕、ないし叩解することにより解繊する方法が使用できる。必要に応じて、上記の解繊方法を組み合わせて処理してもよい。これらの解繊処理の方法としては、例えば、特開2011−213754号公報、特開2011−195738号公報に記載された解繊方法等を用いることができる。   Examples of a method for defibrating plant fibers and preparing CNF include a method for defibrating cellulose fiber-containing materials such as pulp. As the defibrating method, for example, an aqueous suspension or slurry of a cellulose fiber-containing material is mechanically processed by a refiner, a high-pressure homogenizer, a grinder, a uniaxial or multiaxial kneader (preferably a biaxial kneader), a bead mill or the like. A method of defibration by grinding or beating can be used. You may process combining the said defibrating method as needed. As these defibrating methods, for example, the defibrating methods described in JP2011-213754A and JP2011-195738A can be used.

本発明において用いるセルロースとして好適なCNCは、セルロース繊維を酸加水分解等の化学的処理を施すことで得られる結晶であり、結晶幅4〜70nm程度、結晶長25〜3000nm程度の結晶である。本発明で使用するCNCの比表面積としては、90〜900m2/g程度が好ましく、100〜500m2/g程度がより好ましく、100〜300m2/g程度が更に好ましい。CNCの比表面積を高くすることで、樹脂と組み合わせて樹脂組成物とした場合に、接触面積を大きくすることができ、強度が向上する。一方、比表面積が極端に高いと、樹脂組成物の樹脂中での凝集が起こりやすくなり、目的とする高強度材料が得られないことがあるので好ましくない。本発明で使用するCNCの結晶幅は、平均値が通常10〜50nm程度、好ましくは10〜30nm程度、特に好ましくは10〜20nm程度である。また、CNCの結晶長は、平均値が通常500nm程度、好ましくは100〜500nm程度、特に好ましくは100〜200nm程度である。 CNC suitable as cellulose used in the present invention is a crystal obtained by subjecting cellulose fibers to chemical treatment such as acid hydrolysis, and is a crystal having a crystal width of about 4 to 70 nm and a crystal length of about 25 to 3000 nm. The specific surface area of the CNC for use in the present invention, preferably about 90~900m 2 / g, more preferably about 100 to 500 m 2 / g, about 100 to 300 m 2 / g is more preferable. By increasing the specific surface area of the CNC, when the resin composition is combined with the resin, the contact area can be increased and the strength is improved. On the other hand, if the specific surface area is extremely high, aggregation of the resin composition in the resin tends to occur, and the intended high-strength material may not be obtained. The average crystal width of the CNC crystal used in the present invention is usually about 10 to 50 nm, preferably about 10 to 30 nm, and particularly preferably about 10 to 20 nm. The average crystal length of the CNC is usually about 500 nm, preferably about 100 to 500 nm, particularly preferably about 100 to 200 nm.

植物繊維を解繊し、CNCを調製する方法としては、従来公知の方法が採用できる。例えば、前記セルロース繊維含有材料の水懸濁液またはスラリーを、硫酸、塩酸、臭化水素酸等による酸加水分解等の化学的手法が使用できる。必要に応じて、上記の解繊方法を組み合わせて処理してもよい。また、本発明では、セルロースの官能基はそのままで使用すること好ましいが、場合によっては、テトラメチルピペリジニルオキシラジカルや酸無水物、酸ハロゲン化物でセルロースの表面を化学修飾して分散性を高めたセルロースを使用してもよい。   A conventionally known method can be adopted as a method of defibrillating plant fibers and preparing CNC. For example, a chemical method such as acid hydrolysis of the aqueous suspension or slurry of the cellulose fiber-containing material with sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid or the like can be used. You may process combining the said defibrating method as needed. In the present invention, it is preferable to use the functional group of cellulose as it is. However, in some cases, the surface of cellulose is chemically modified with tetramethylpiperidinyloxy radical, acid anhydride, or acid halide to improve dispersibility. Enhanced cellulose may be used.

本発明におけるナノセルロースの繊維径の平均値(平均繊維径、平均繊維長、平均結晶幅、平均結晶長)は、電子顕微鏡の視野内のナノセルロースの少なくとも50本以上について測定した時の平均値である。   The average value of the fiber diameter of nanocellulose in the present invention (average fiber diameter, average fiber length, average crystal width, average crystal length) is an average value when measuring at least 50 nanocelluloses in the field of view of an electron microscope. It is.

ナノセルロースは、高比表面積(好ましくは、200〜300m2/g程度)であり、鋼鉄と比較して軽量であり且つ高強度である。ナノセルロースは、また、ガラスと比較して熱変形が小さい(低熱膨張)。 Nanocellulose has a high specific surface area (preferably about 200 to 300 m 2 / g), is lighter and has higher strength than steel. Nanocellulose also has low thermal deformation (low thermal expansion) compared to glass.

本発明に用いるナノセルロースは、セルロースI型結晶構造を有し、且つ、その結晶化度が50%以上と高い結晶化度を有するものが好ましい。ナノセルロースのセルロースI型結晶構造の結晶化度は、55%以上がより好ましく、60%以上が更に好ましい。ナノセルロースのセルロースI型結晶構造の結晶化度の上限は、一般的には、95%程度或いは90%程度である。   The nanocellulose used in the present invention preferably has a cellulose I-type crystal structure and a crystallinity as high as 50% or more. The crystallinity of the cellulose I-type crystal structure of nanocellulose is more preferably 55% or more, and still more preferably 60% or more. The upper limit of the crystallinity of the cellulose I type crystal structure of nanocellulose is generally about 95% or about 90%.

セルロースI型結晶構造とは、例えば、朝倉書店発行の「セルロースの辞典」新装版第一刷81〜86頁、或いは93〜99頁に記載の通りのものであり、ほとんどの天然セルロースはセルロースI型結晶構造である。これに対して、セルロースI型結晶構造ではなく、例えば、セルロースII、III、IV型構造のセルロース繊維は、セルロースI型結晶構造を有するセルロースから誘導されるものである。中でもI型結晶構造は他の構造に比べて結晶弾性率が高い。   The cellulose type I crystal structure is, for example, as described in “A Dictionary of Cellulose”, First Edition, pages 81-86 or 93-99, published by Asakura Shoten. Most natural celluloses are cellulose I Type crystal structure. On the other hand, for example, cellulose fibers having a cellulose II, III, and IV structure, not a cellulose I type crystal structure, are derived from cellulose having a cellulose I type crystal structure. Above all, the I-type crystal structure has a higher crystal elastic modulus than other structures.

本発明で使用するセルロースとしては、上記した中でも、セルロースI型結晶構造のナノセルロースが好ましい。I型結晶構造であると、ナノセルロースとマトリックス樹脂との複合材料とした際に、低線膨張係数、且つ、高弾性率な複合材料を得ることができる。ナノセルロースがI型結晶構造であることは、その広角X線回折像測定により得られる回折プロファイルにおいて、2θ=14°〜17°付近と、2θ=22〜23°付近の二つの位置に典型的なピークを持つことから同定することができる。   Among the celluloses used in the present invention, nanocellulose having a cellulose I-type crystal structure is preferable. In the case of the I-type crystal structure, a composite material having a low linear expansion coefficient and a high elastic modulus can be obtained when a composite material of nanocellulose and a matrix resin is used. The fact that nanocellulose has a type I crystal structure is typical at two positions near 2θ = 14 ° to 17 ° and 2θ = 22 to 23 ° in the diffraction profile obtained by wide-angle X-ray diffraction image measurement. It can be identified from having a large peak.

セルロースI型結晶構造の結晶化度は、例えば、下記のようにして測定することができる。まず、CNFなどのナノセルロースのスラリーにエタノールを加え、ナノセルロース濃度を0.5質量%に調製する。次いで、このスラリーをスターラーにて撹拌後、素早く減圧ろ過(アドバンテック東洋社製の5Cろ紙)を開始する。次いで、得られたウェットウェブを、110℃、圧力0.1tで10分間加熱圧縮し、50g/m2のCNFシートを得る。そして、X線発生装置(リガク社製「UltraX18HF」)を用い、ターゲットCu/Kα線、電圧40kV、電流300mA、走査角(2θ)5.0〜40.0°、ステップ角0.02°の測定条件で、上記で得たCNFシートの測定を行い、セルロースI型結晶構造の結晶化度を測定する。 The crystallinity of the cellulose type I crystal structure can be measured, for example, as follows. First, ethanol is added to a slurry of nanocellulose such as CNF to adjust the nanocellulose concentration to 0.5% by mass. Next, after the slurry is stirred with a stirrer, vacuum filtration (5C filter paper manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.) is quickly started. Next, the obtained wet web is heated and compressed at 110 ° C. and a pressure of 0.1 t for 10 minutes to obtain a CNF sheet of 50 g / m 2 . Then, using an X-ray generator (“UltraX18HF” manufactured by Rigaku Corporation), the target Cu / Kα ray, voltage 40 kV, current 300 mA, scanning angle (2θ) 5.0-40.0 °, step angle 0.02 ° Under the measurement conditions, the CNF sheet obtained above is measured, and the crystallinity of the cellulose I-type crystal structure is measured.

ここで、セルロースの重合度は、天然セルロースで500〜10000、再生セルロースで200〜800程度である。セルロースは、β−1,4結合により直線的に伸びたセルロースが何本かの束になって、分子内あるいは分子間の水素結合で固定され、伸びきり鎖となった結晶を形成している。セルロースの結晶には、多くの結晶型が存在していることは、X線回折や固体NMRによる解析で明らかになっているが、天然セルロースの結晶形はI型のみである。X線回折等から、セルロースにおける結晶領域の比率は、木材パルプで約50〜60%、バクテリアセルロースはこれより高く、約70%程度と推測されている。セルロースは、伸びきり鎖結晶であることに起因して、弾性率が高いだけでなく、鋼鉄の5倍の強度、ガラスの1/50以下の線熱膨張係数を示す。逆に言うと、セルロースの結晶構造を壊すことは、これらセルロースの高弾性率、高強度といった優れた特徴を失うことに繋がる。   Here, the degree of polymerization of cellulose is about 500 to 10,000 for natural cellulose and about 200 to 800 for regenerated cellulose. Cellulose is a bundle of several celluloses that are linearly stretched by β-1,4 bonds, which are fixed by hydrogen bonds within or between molecules to form crystals that are elongated chains. . The fact that many crystal forms exist in the crystal of cellulose has been clarified by analysis by X-ray diffraction or solid state NMR, but the crystal form of natural cellulose is only the I type. From the X-ray diffraction etc., it is estimated that the ratio of the crystal region in cellulose is about 50 to 60% for wood pulp and higher for bacterial cellulose, about 70%. Due to the fact that cellulose is an extended chain crystal, cellulose not only has a high elastic modulus, but also exhibits a strength five times that of steel and a linear thermal expansion coefficient of 1/50 or less that of glass. Conversely, breaking the crystal structure of cellulose leads to the loss of excellent characteristics such as high elastic modulus and high strength of cellulose.

カルホギシ基を有するポリオレフィンと、上記したようなセルロースとからなる本発明のセルロース組成物は、特有の構成のポリオレフィンのエマルジョンを析出させる先述した本発明の簡便な製造方法によって、上記したセルロース結晶を壊すことなく、ポリオレフィンによって、樹脂中に良好に分散される易分散性セルロース組成物となる。また、本発明では、この易分散性セルロース組成物を用い、樹脂との複合化をすることで、上記したセルロースの結晶を壊すことなく、樹脂中にセルロースが良好に分散した、セルロース分散樹脂組成物を得ることができる。本発明によれば、樹脂中において、セルロース結晶が壊れない状態で存在し、また、セルロースが優れた分散性を持つことで、樹脂中で、セルロースの、高弾性率、高強度といった優れた機械特性が発揮され、結果として、高弾性率、高強度の樹脂組成物を得ることができる。   The cellulose composition of the present invention comprising a polyolefin having a Karhogishi group and the cellulose as described above breaks the cellulose crystal by the above-described simple production method of the present invention for precipitating a polyolefin emulsion having a specific structure. Therefore, it becomes an easily dispersible cellulose composition that is well dispersed in the resin by the polyolefin. In the present invention, a cellulose-dispersed resin composition in which cellulose is well dispersed in the resin without breaking the above-described cellulose crystals by using the easily dispersible cellulose composition and combining with the resin. You can get things. According to the present invention, in the resin, the cellulose crystals are present in an unbroken state, and the cellulose has excellent dispersibility, so that an excellent machine such as high elastic modulus and high strength of cellulose in the resin. The characteristics are exhibited, and as a result, a high elastic modulus and high strength resin composition can be obtained.

(ポリオレフィン)
本発明に使用されるポリオレフィンは、ポリアルケンであって、その構造にカルボキシ基を有し、その酸価が50mgKOH/g以下であり、且つ、該ポリオレフィンの融点が80℃以上であることを特徴とする。まず、ポリオレフィンのポリマーとしては、従来公知のものが使用され特に限定はない。具体的に例示すると、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ1−ブテン、ポリ1−ペンテン、ポリ(3−メチル−1−ブテン)、ポリ1−ヘキセン、ポリ(3−メチル−1−ペンテン)、ポリ(4−メチル−1−ペンテン)、ポリ(1−ヘプテン)、ポリ(4−メチル−1−ヘキセン)、ポリ(5−メチル−1−ヘキセン)、ポリ(1−オクテン)、ポリ(5−メチル−1−ヘプテン)の単独ポリマー(但し、単独ポリマーでTgが80℃未満は除く)、それらポリマーのモノマー単位において、そのモノマーの2種類以上を重合して得られる共重合ポリマー、グラフトコポリマー、グラフトコポリマーのポリマーであり、構造として、直鎖状、分岐状などの高次構造などがとられ、分子量、配列、結晶化度などは任意のものが使用される。また、その合成方法等は特に限定されない。
(Polyolefin)
The polyolefin used in the present invention is a polyalkene having a carboxy group in its structure, an acid value of 50 mgKOH / g or less, and a melting point of the polyolefin of 80 ° C. or more. To do. First, as the polyolefin polymer, conventionally known polymers are used and there is no particular limitation. Specifically, polyethylene, polypropylene, poly 1-butene, poly 1-pentene, poly (3-methyl-1-butene), poly 1-hexene, poly (3-methyl-1-pentene), poly (4 -Methyl-1-pentene), poly (1-heptene), poly (4-methyl-1-hexene), poly (5-methyl-1-hexene), poly (1-octene), poly (5-methyl- 1-heptene) homopolymers (excluding single polymers except Tg of less than 80 ° C.), copolymer polymers, graft copolymers and graft copolymers obtained by polymerizing two or more of the monomers in the monomer units of these polymers The polymer has a higher-order structure such as a linear or branched structure, and any molecular weight, arrangement, crystallinity, etc. are used. Moreover, the synthesis method etc. are not specifically limited.

本発明で使用するポリオレフィンは、これらのポリオレフィンに、ポリオレフィンが水に微分散できる最低限の酸性基を有することが必要であり、更に、その酸性基は、少なくともカルボキシ基を有し、その酸価が50mgKOH/g以下であることを要す。なお、酸価は、下記のような方法で求めることができる。すなわち、測定対象のポリオレフィンを、ポリオレフィンの可溶性溶媒、例えば、キシレンやオクタンなどに熱溶解して、フェノールフタレイン溶液を指示薬として、0.1規定水酸化カリウムエタノール溶液にて滴定することで求められる。酸価の値は、樹脂1gを中和するのに必要な水酸化カリウムのmg数で表す。ポリオレフィンが有するカルボキシ基は、アルカリにて中和され、水に微粒子分散できる少量の酸価であることを要し、具体的には、酸価の値が50mgKOH/g以下であることを要す。本発明者らの検討によれば、本発明で使用するポリオレフィンの酸価が50mgKOH/gより多いと、酸性基が多いため、樹脂と複合化して樹脂組成物とした場合に、プラスチックとしての物性が劣ったり、耐水性がなかったりする。より好ましくは30mgKOH/g以下、更に好ましくは15mgKOH/gである。   The polyolefin used in the present invention needs to have a minimum acidic group that allows the polyolefin to be finely dispersed in water. Further, the acidic group has at least a carboxy group, and its acid value. Of 50 mgKOH / g or less. The acid value can be determined by the following method. That is, it is obtained by dissolving the polyolefin to be measured in a polyolefin soluble solvent such as xylene or octane and titrating with a 0.1 N potassium hydroxide ethanol solution using a phenolphthalein solution as an indicator. . The acid value is expressed in mg of potassium hydroxide necessary to neutralize 1 g of resin. The carboxy group possessed by the polyolefin is required to have a small amount of acid value that can be neutralized with an alkali and finely dispersed in water, and specifically, the acid value must be 50 mgKOH / g or less. . According to the study by the present inventors, when the acid value of the polyolefin used in the present invention is more than 50 mgKOH / g, there are many acidic groups. May be inferior or not water resistant. More preferably, it is 30 mgKOH / g or less, More preferably, it is 15 mgKOH / g.

このカルボキシ基は、アルカンと共重合しうるカルボキシ基を有するモノマーを共重合させたり、例えば、スチレンカルボン酸、アクリル酸、マレイン酸無水物、メタクリル酸などを共重合させたり、それらのエステル化物を重合した後、加水分解などしてカルボキシ基を導入してもよい。また、予め得ているポリオレフィンに、過酸化物などを使用して、カルボキシ基を有するモノマー、アクリル酸や無水マレイン酸、マレイン酸を側鎖に導入、グラフト化して得てもよい。   This carboxy group is obtained by copolymerizing a monomer having a carboxy group that can be copolymerized with an alkane, for example, copolymerizing styrene carboxylic acid, acrylic acid, maleic anhydride, methacrylic acid, etc. After polymerization, a carboxy group may be introduced by hydrolysis or the like. Further, a polyolefin having a carboxy group, acrylic acid, maleic anhydride, and maleic acid may be introduced into a side chain and grafted using a peroxide or the like to a polyolefin obtained in advance.

本発明の製造方法では、これらのポリオレフィンのカルボキシ基をアルカリにて中和して、水に分散して得られるポリオレフィンエマルジョンを使用する。本発明の製造方法で使用するポリオレフィンエマルジョンの光散乱による粒子径測定機による平均粒子径は、300nm以下である。ポリオレフィンのエマルジョンとしては、例えば、界面活性剤を使用して強制乳化されているものや、カルボキシ基を大量に、例えば、100mgKOH/g以上導入して乳化しているものや、カルボキシ基を大量に導入してそれを使用してポリオレフィンを乳化分散しているものなどもある。しかし、これらのエマルジョンの場合は、カルボキシ基が多いので、樹脂組成物に用いた場合に、その耐水性が悪かったり、物性が劣ったりし、また、界面活性剤を使用してエマルジョンにした場合は、界面活性剤が残留して、樹脂組成物からなる物品に悪影響を与える場合がある。したがって、本発明の製造方法では、前記したカルボキシ基の含有量で、その酸価が50mgKOH/g以下で、その平均粒子径が300nm以下であるポリオレフィンエマルジョンを用いることとした。   In the production method of the present invention, a polyolefin emulsion obtained by neutralizing the carboxy group of these polyolefins with an alkali and dispersing them in water is used. The average particle size of the polyolefin emulsion used in the production method of the present invention by a particle size measuring device by light scattering is 300 nm or less. Examples of polyolefin emulsions include those that are forcibly emulsified using a surfactant, those that are emulsified by introducing a large amount of carboxy groups, for example, 100 mg KOH / g or more, and those that are emulsified in large amounts. Some of them are introduced and used to emulsify and disperse polyolefin. However, in the case of these emulsions, there are many carboxy groups, so when used in a resin composition, the water resistance is poor or the physical properties are inferior, and when the emulsion is made using a surfactant In some cases, the surfactant may remain and adversely affect the article made of the resin composition. Therefore, in the production method of the present invention, a polyolefin emulsion having the above carboxy group content, an acid value of 50 mgKOH / g or less, and an average particle size of 300 nm or less is used.

上記した本発明で使用する平均粒子径のポリオレフィンのエマルジョンを得る方法は、特に限定されない。例えば、カルボキシ基を有するポリオレフィンを溶融してアルカリにて中和して、徐々に水を添加していく方法、有機溶媒にカルボキシ基を有するポリオレフィンを溶解しておき、アルカリ水と混合し水溶液化して、その有機溶媒はそのまま、または留去してエマルジョンとすることができる。上記で使用する有機溶媒としては、特に限定はないが、そのままの有機溶媒含有エマルジョンとする場合は、水溶性の有機溶媒を用いることが好ましく、アルコール類、グリコール類、アミン類、アミド類等の親水性溶剤を含んでいてもよい。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等が使用でき、グリコール類としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等が使用でき、アミン類としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン等が使用でき、アミド類としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ピロリドン、メチルピロリドン、エチルピロリドン等が使用できる。   The method for obtaining the polyolefin emulsion having the average particle size used in the present invention is not particularly limited. For example, melt a polyolefin having a carboxy group and neutralize with alkali, gradually add water, dissolve a polyolefin having a carboxy group in an organic solvent, and mix with alkaline water to make an aqueous solution. Then, the organic solvent can be used as it is or by distilling it off to form an emulsion. The organic solvent used above is not particularly limited, but in the case of an organic solvent-containing emulsion as it is, it is preferable to use a water-soluble organic solvent, such as alcohols, glycols, amines, amides, etc. A hydrophilic solvent may be included. Examples of alcohols that can be used include methanol, ethanol, propanol, and butanol. Examples of glycols include ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol methyl ether, propylene glycol methyl ether, propylene glycol propyl ether, and diethylene glycol. Methyl ether, diethylene glycol butyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, etc. can be used, and as amines, for example, methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, dimethylamine, diethylamine, trimethylamine, triethylamine, ethylenediamine, diethylenetriamine can be used, and amides For example, dimethylformamide Dimethylacetamide, pyrrolidone, methyl pyrrolidone, ethyl pyrrolidone can be used.

本発明の易分散性セルロース組成物の製造方法では、使用するポリオレフィンエマルジョンの平均粒子径が重要であり、300nm以下、より好ましくは250nm以下であるものを用いる。本発明者らの検討によれば、このような平均粒子径のエマルジョンを使用することで、良好な分散を示す易分散性セルロースとすることができた。このポリオレフィンエマルジョンの粒子径の影響ははっきりとは不明であるが、下記の傾向があることを確認した。まず、平均粒子径が大きいと、酸でポリオレフィンを析出させた場合、ポリオレフィンがCNFに斑に析出してしまい、被覆されないCNF部分ができてしまい、それが再度固い結合となって分散を阻害してしまうことがあった。これに対し、粒子径が細かいと、酸での析出によってポリオレフィンが均一にCNFに析出して、CNF同士の水素結合を防止し、CNFが分散した状態でポリオレフィンに閉じ込められ、この結果、樹脂添加して混練しただけで、CNFが樹脂に分散することができたものと考えられる。本発明者らの検討によれば、カルボキシ基や界面活性剤を必要とせずに、300nm以下の平均粒子径を達成するためには、前記のような酸価とすることが必要である。   In the method for producing an easily dispersible cellulose composition of the present invention, the average particle size of the polyolefin emulsion to be used is important, and one having a particle size of 300 nm or less, more preferably 250 nm or less is used. According to the study by the present inventors, it was possible to obtain an easily dispersible cellulose exhibiting good dispersion by using an emulsion having such an average particle diameter. Although the influence of the particle size of this polyolefin emulsion is unclear, it has been confirmed that there is the following tendency. First, if the average particle size is large, when polyolefin is precipitated with an acid, the polyolefin is deposited in spots on CNF, resulting in an uncoated CNF portion, which again becomes a hard bond and inhibits dispersion. There was a case. On the other hand, if the particle size is small, polyolefin precipitates uniformly in CNF by precipitation with acid, prevents hydrogen bonding between CNFs, and is confined in polyolefin in a state where CNF is dispersed. As a result, resin addition Thus, it is considered that CNF could be dispersed in the resin simply by kneading. According to the study by the present inventors, in order to achieve an average particle diameter of 300 nm or less without requiring a carboxy group or a surfactant, it is necessary to set the acid value as described above.

本発明の易分散性セルロース組成物は、以上のようなセルロースとポリオレフィンを使用することで容易に得られる。その組成物に対するセルロースの含有量は、質量基準で、セルロースを5%〜30%、より好ましくは5%〜20%である。構成するセルロースの量が5%より少ないと、相対的に易分散性セルロース組成物を構成するポリオレフィンの量が多くなってしまうので、プラスチックである樹脂に添加して、セルロース分散樹脂組成物としてCNFの特性を出そうとしても、使用したポリオレフィンの性質が出てしまい、好ましくはない。一方、構成するセルロースの量が30%より多いと、ポリオレフィンで被覆されない部分やセルロースが出てきてしまい、その被覆されない部分がセルロース同士で水素結合してしまい、分散する基材であるプラスチックである樹脂にうまく分散しない場合が生じる。   The easily dispersible cellulose composition of the present invention can be easily obtained by using cellulose and polyolefin as described above. The content of cellulose in the composition is 5% to 30%, more preferably 5% to 20%, based on mass. If the amount of cellulose constituting is less than 5%, the amount of polyolefin constituting the relatively easily dispersible cellulose composition will increase. Therefore, it is added to a resin that is plastic, and CNF is added as a cellulose-dispersed resin composition. Even if it is going to show the characteristic of this, the property of the used polyolefin will come out and it is not preferable. On the other hand, if the amount of cellulose to be formed is more than 30%, a part that is not covered with polyolefin or cellulose comes out, and the part that is not covered is hydrogen-bonded with cellulose, and is a plastic that is a base material to be dispersed. In some cases, the resin does not disperse well.

(易分散性セルロース組成物の製造方法)
以上で説明した本発明の易分散性セルロース組成物は、以下の本発明の製造方法によって簡便に得ることができる。すなわち、本発明は、上記した、セルロースの樹脂中への分散性を高めた易分散性セルロース組成物の製造方法を提供する。具体的には、本発明の易分散性セルロース組成物は、カルボキシ基を有するポリアルケンであるポリオレフィンの、アルカリにて中和されて水中に乳化している、酸価が50mgKOH/g以下で、その光散乱による粒子径測定機による平均粒子径が300nm以下であり、且つ、該ポリオレフィンの融点が80℃以上である、ポリオレフィンエマルジョンを、含水状態又は乾燥状態のセルロースと混合して、セルロースとポリオレフィンエマルジョンの混合水溶液を得た後、酸を添加してポリオレフィンを析出させることで得られる。好ましくは、セルロースとポリオレフィンエマルジョンの混合水溶液中のセルロースの含有量が、質量基準で3%以下であり、更に好ましくは、このようなセルロース含有量になるように、セルロースを100部に対し、該ポリオレフィンが233.3部〜1900部として、セルロースとポリオレフィンエマルジョンの混合水溶液を調製することが好ましい。
(Manufacturing method of easily dispersible cellulose composition)
The easily dispersible cellulose composition of the present invention described above can be easily obtained by the following production method of the present invention. That is, this invention provides the manufacturing method of the easily dispersible cellulose composition which improved the dispersibility of the above-mentioned cellulose in resin. Specifically, the easily dispersible cellulose composition of the present invention is a polyolefin, which is a polyalkene having a carboxy group, neutralized with an alkali and emulsified in water, and has an acid value of 50 mgKOH / g or less. A polyolefin emulsion in which an average particle diameter by a particle diameter measuring instrument by light scattering is 300 nm or less and a melting point of the polyolefin is 80 ° C. or more is mixed with cellulose in a water-containing state or in a dry state, and cellulose and polyolefin emulsion Is obtained by adding an acid to precipitate the polyolefin. Preferably, the cellulose content in the mixed aqueous solution of cellulose and polyolefin emulsion is 3% or less on a mass basis, and more preferably, the cellulose is added to 100 parts of the cellulose so that the cellulose content becomes such. It is preferable to prepare a mixed aqueous solution of cellulose and a polyolefin emulsion with 233.3 parts to 1900 parts of polyolefin.

本発明の製造方法において、セルロースは、前記に示したように、様々な方法によって植物繊維を解繊して、セルロースナノファイバーにして使用する。これを水に分散する。この場合、CNFは親水性が高く、ナノサイズであることより、粘度が高くなったり、せっかく解繊したのに、再度水素結合によってCNF同士が凝集してしまい、ナノサイズでなくなってしまったり、酸で析出させてポリオレフィンでCNFを包括して包み込む際に、CNFが近接して凝集してしまう可能性があったりする。このため、CNFの水溶液中の濃度は低い方がよく、好ましくは3%以下、より好ましくは1%以下がよい。3%超であると濃度が高すぎて上記の不都合がでる可能性があるので好ましくない。また、必要に応じて、粘度低くしたり、セルロースの水への親和性を高めたりするために、前記した水溶性の有機溶剤を使用してもよい。その量は任意であり、前記したセルロース濃度になる範囲で、水と併用して使用される。また、この際のpHは、中性からアルカリ性であることが好ましい。酸性であると、ポリオレフィンのエマルジョンを添加した際に、ポリオレフィンが析出してしまう可能性がある。   In the production method of the present invention, as described above, cellulose is fibrillated by various methods and used as cellulose nanofibers. Disperse this in water. In this case, CNF has high hydrophilicity and is nano-sized, so that the viscosity becomes high or it has been defibrated, but CNFs aggregate again due to hydrogen bonding, and the nano-size is lost. When CNF is encapsulated and encapsulated with polyolefin by precipitation with an acid, there is a possibility that CNF may be closely aggregated. Therefore, the concentration of CNF in the aqueous solution should be low, preferably 3% or less, more preferably 1% or less. If it exceeds 3%, the concentration is too high and the above disadvantages may occur, which is not preferable. Further, if necessary, the aforementioned water-soluble organic solvent may be used in order to reduce the viscosity or increase the affinity of cellulose for water. The amount is arbitrary, and it is used in combination with water as long as the cellulose concentration is as described above. The pH at this time is preferably neutral to alkaline. If it is acidic, the polyolefin may precipitate when the polyolefin emulsion is added.

次に、本発明の製造方法において使用するポリオレフィンのエマルジョンについて説明する。前記したように、本発明の製造方法では、できるだけ少ない含有量での酸性基であるカルボキシ基を少なくとも持つポリオレフィンの、該酸性基をアルカリで中和して300nm以下の微粒子分散しているポリオレフィンエマルジョンが使用される。ポリオレフィンについては前記した。上記酸性基としては、カルボン酸基(カルボキシ基)であることを要する。本発明者らの検討によれば、酸性基が、スルホン酸基やリン酸基の場合は、酸性度が強いため、得られた易分散性セルロース組成物を樹脂に適用して樹脂組成物にした場合に、耐水性が劣ったり、基材の物性を劣化させたりする場合がある。   Next, the polyolefin emulsion used in the production method of the present invention will be described. As described above, in the production method of the present invention, a polyolefin emulsion having at least a carboxyl group which is an acidic group having a content as small as possible, and having the acidic group neutralized with an alkali and dispersed in fine particles of 300 nm or less. Is used. The polyolefin has been described above. The acidic group is required to be a carboxylic acid group (carboxy group). According to the study by the present inventors, when the acidic group is a sulfonic acid group or a phosphoric acid group, the acidity is strong. Therefore, the obtained easily dispersible cellulose composition is applied to a resin to form a resin composition. In such a case, the water resistance may be inferior or the physical properties of the substrate may be deteriorated.

また、酸性基の中和に使用されるアルカリは任意であり、特に限定されない。例示すると、アンモニア;トリエチルアミン、ジエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、アミノメチルプロパノール等の有機アミン;水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化物等が一種以上使用される。これらのアルカリは、ポリマーに使用されるカルボン酸の一部又は当モル、または過剰に使用され、特に限定されない。これらのアルカリによってカルボキシ基が中和されてイオン化し、エマルジョンとすることができる。このエマルジョンに含有されるポリマー濃度は任意であり、特に限定されない。また、前記したように、エマルジョンは、他の水溶性の溶媒を含有していてもよい。   Moreover, the alkali used for neutralization of an acidic group is arbitrary, and is not specifically limited. Illustratively, ammonia; organic amines such as triethylamine, diethanolamine, dimethylaminoethanol, and aminomethylpropanol; one or more hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide are used. These alkalis are used in part or in an equimolar amount or in excess of the carboxylic acid used in the polymer, and are not particularly limited. These alkalis neutralize and ionize the carboxy group to form an emulsion. The concentration of the polymer contained in the emulsion is arbitrary and is not particularly limited. Further, as described above, the emulsion may contain other water-soluble solvent.

本発明の製造方法では、以上で説明したセルロースと、ポリオレフィンエマルジョンとを使用する。前記したように、本発明の易分散性ナノセルロースファイバー組成物は、セルロースを質量基準で5%〜30%を含有することを要するので、CNFがこの範囲の含有量となるようにポリオレフィンが使用され、それに対するポリオレフィンエマルジョンが使用される。具体的には、質量基準で、CNFを100部に対して、ポリオレフィンが233.3部〜1900部であり、この配合で使用されて製造される。容器に上記の量になる量のCNFを撹拌しながら十分解繊、分散して、ポリオレフィンエマルジョンを添加して、よく均一化する。この均一化の際には、従来公知の撹拌装置、分散機が使用され、特に限定されない。例えば、スターラー、モーター付き撹拌機、高速ディゾルバー、ホモミキサーにて混合撹拌してもよいし、ビーズミルや高圧ホモジナイザーなどの分散機にて再度分散して混合してもよい。また、必要に応じて、均一化の際に前記した水溶性有機溶剤を添加してもよい。   In the production method of the present invention, the cellulose described above and a polyolefin emulsion are used. As described above, since the easily dispersible nanocellulose fiber composition of the present invention needs to contain 5% to 30% of cellulose on a mass basis, the polyolefin is used so that the content of CNF is in this range. And polyolefin emulsions for it are used. Specifically, on a mass basis, polyolefin is 233.3 parts to 1900 parts with respect to 100 parts of CNF, and is manufactured by using this blend. The amount of CNF in the container is sufficiently defibrated and dispersed while stirring, and the polyolefin emulsion is added and homogenized well. In this homogenization, conventionally known stirring devices and dispersers are used, and are not particularly limited. For example, the mixture may be mixed and stirred with a stirrer, a stirrer with a motor, a high-speed dissolver, or a homomixer, or may be dispersed again and mixed with a dispersing machine such as a bead mill or a high-pressure homogenizer. Moreover, you may add the above-mentioned water-soluble organic solvent in the case of homogenization as needed.

本発明の製造方法では、次に、上記で得られたセルロースとオレフィンとの混合水溶液を、撹拌しながら酸を添加して、ポリオレフィンのイオン化されたカルボキシ基を脱イオン化してポリオレフィンを水不溶化させて析出させる。このようにすることで、分散しているセルロースを、ポリオレフィンで包括、包み込んで、本発明の易分散性セルロース組成物とする。上記の酸は任意のものが使用でき、特に限定されない。具体的には、塩酸、臭化水素酸、硝酸、硫酸、リン酸等の無機酸や、酢酸、乳酸等の有機酸が1種以上使用される。また、酸を添加する場合、酸を原液のまま添加してもよいが、好ましくは水で希釈して添加することが好ましい。濃度が高いと局部的に析出が起こってしまい形状が団子状になる場合がある。好ましい酸濃度は、10質量%以下である。酸は一度に入れてもよいし、滴下してもよいし、噴霧してもよい。また。酸を添加した後、混合水溶液が十分に酸性になるように酸を加えることが好ましい。混合水溶液のpHとしては、具体的には4以下、好ましくは3以下がよい。この酸を加えることで、ポリオレフィンが析出してセルロースを分散した状態で包括することができる。   Next, in the production method of the present invention, an acid is added to the mixed aqueous solution of cellulose and olefin obtained above while stirring to deionize the ionized carboxy group of the polyolefin to make the polyolefin water insoluble. To precipitate. By doing in this way, the disperse | distributed cellulose is included and wrapped with polyolefin, and it is set as the easily dispersible cellulose composition of this invention. Any acid can be used as the acid, and is not particularly limited. Specifically, one or more inorganic acids such as hydrochloric acid, hydrobromic acid, nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, and organic acids such as acetic acid and lactic acid are used. Moreover, when adding an acid, although an acid may be added with a undiluted | stock solution, it is preferable to dilute with water and to add. If the concentration is high, precipitation may occur locally and the shape may become dumpling. A preferable acid concentration is 10% by mass or less. The acid may be added at once, may be added dropwise, or may be sprayed. Also. After adding the acid, it is preferable to add the acid so that the mixed aqueous solution becomes sufficiently acidic. Specifically, the pH of the mixed aqueous solution is 4 or less, preferably 3 or less. By adding this acid, the polyolefin can be deposited and included in a dispersed state of cellulose.

ポリオレフィンを析出後は、ろ過して洗浄する。ろ過の前に、ろ過性を速めるために、水溶液を加熱して析出物を凝集させることが好ましい。その温度は特に限定はなく任意である。ろ過した後、洗浄してイオンや有機物を除去して、易分散性セルロースナノファイバーの水ペーストを得ることが好ましい。このようにして得られた水ペーストは、そのままで使用してもよいし、乾燥して固体とし、必要に応じて粉砕して使用される。上記で説明したものが、本発明の易分散性セルロース組成物の第一形態である。   After the polyolefin is precipitated, it is filtered and washed. Prior to filtration, in order to speed up filterability, it is preferable to heat the aqueous solution to aggregate the precipitates. The temperature is not particularly limited and is arbitrary. After filtration, it is preferable to wash and remove ions and organic substances to obtain a water paste of easily dispersible cellulose nanofibers. The water paste thus obtained may be used as it is, or is dried to form a solid, and is pulverized as necessary. What was demonstrated above is the 1st form of the easily dispersible cellulose composition of this invention.

本発明の製造方法では、上記で説明したポリオレフィンのカルボキシ基が、セルロースの水酸基と反応してエステル結合を形成してなる形態の易分散性セルロース組成物を得ることもできる。通常、このようなエステル結合は、ポリオレフィンを酸ハロゲン化してエステル化したり、ジシクロヘキシルカルボジイミドなどのエステル化剤を使用してエステル化したりすることで形成できるが、工程が煩雑であり、多工程が必要である。これに対し、本発明の製造方法では、上記した乾燥工程において十分乾燥される際に、十分加熱して脱水縮合して反応させることで、上記エステル結合が形成されたものが得られる。具体的には、前記で得られた易分散性セルロースの水ペーストを、90℃以上、より好ましくは120℃以上の温度で加熱することで、脱水縮合して得られる。   In the production method of the present invention, an easily dispersible cellulose composition having a form in which the carboxy group of the polyolefin described above reacts with the hydroxyl group of cellulose to form an ester bond can also be obtained. Usually, such ester bonds can be formed by esterifying a polyolefin by acid halogenation or by using an esterifying agent such as dicyclohexylcarbodiimide, but the process is complicated and requires multiple steps. It is. On the other hand, in the production method of the present invention, when sufficiently dried in the above-described drying step, a product in which the ester bond is formed is obtained by sufficiently heating, dehydrating and condensing. Specifically, the water paste of the easily dispersible cellulose obtained above is obtained by dehydration condensation by heating at a temperature of 90 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher.

このようにして得られる上記エステル結合が形成された形態の易分散性セルロース組成物では、ポリオレフィンに含まれるカルボキシ基が全部セルロースの水酸基と反応する必要はなく、その一部が反応するだけでもよい。本発明の易分散性セルロース組成物は、反応してエステル結合を形成していなくても十分使用できるものである。本発明者らの検討によれば、ポリオレフィンとセルロースとが反応してエステル結合を形成した形態とした場合は、ポリオレフィンがセルロースを分散する基材である樹脂と相溶することによって、本発明の易分散性セルロース組成物は、より良好なセルロースの分散性を示すものになる。なお、上記脱水縮合の反応の確認は、赤外分光光度計(IR)によるエステル結合の確認によってできる。   In the easily dispersible cellulose composition having the ester bond formed as described above, it is not necessary that all of the carboxy groups contained in the polyolefin react with the hydroxyl groups of cellulose, and only a part of them reacts. . The easily dispersible cellulose composition of the present invention can be sufficiently used even if it does not react to form an ester bond. According to the study by the present inventors, when the polyolefin and cellulose are reacted to form an ester bond, the polyolefin is compatible with a resin which is a base material in which cellulose is dispersed. The easily dispersible cellulose composition exhibits better dispersibility of cellulose. The dehydration condensation reaction can be confirmed by confirming the ester bond with an infrared spectrophotometer (IR).

セルロースの樹脂中への分散性を高めた本発明の易分散性セルロース組成物は、以上のようにして簡便に得ることができる。必要に応じて、ポリオレフィンを析出させる工程で種々の添加剤を使用してもよい。添加剤としては、酸化防止剤、界面活性剤、光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、導電材等が挙げられ、これらの添加剤と易分散性セルロース組成物に複合化することもできる。また、ポリオレフィンを析出させる工程で、セルロースを分散させる基材である、粉末、ペレット等の粒状の樹脂を添加して一緒に析出させてもよい。また、本発明の易分散性セルロース組成物は、そのまま乾燥して、後述すように、樹脂に混練することでセルロース分散樹脂組成物とすることができる。   The easily dispersible cellulose composition of the present invention in which the dispersibility of cellulose in the resin is enhanced can be easily obtained as described above. If necessary, various additives may be used in the step of depositing polyolefin. Examples of the additive include an antioxidant, a surfactant, a light stabilizer, an ultraviolet absorber, an antistatic agent, a conductive material, and the like, and these additives can be combined with an easily dispersible cellulose composition. . Further, in the step of depositing polyolefin, a granular resin such as powder or pellets, which is a base material on which cellulose is dispersed, may be added and precipitated together. Moreover, the easily dispersible cellulose composition of this invention can be made into a cellulose dispersion resin composition by drying as it is and knead | mixing to resin so that it may mention later.

(セルロース分散樹脂組成物)
以上のようにして、本発明の製造方法によれば、樹脂に添加して混練等して混合するだけで、セルロースが樹脂中に良好に分散したセルロース分散樹脂組成物を得ることができる、分散し易い、マスターバッチ的な易分散性セルロース組成物を簡便に得ることができる。次に、この易分散性セルロース組成物を樹脂に分散してなる、本発明のセルロース分散樹脂組成物について説明する。本発明のセルロース分散樹脂組成物は、前記した本発明の易分散性セルロース組成物と樹脂とを含む樹脂組成物を溶融混練等して混合して得られた、セルロースと樹脂との混合物であり、セルロースを、質量基準で0.1%以上10%以下の範囲で含有するセルロース分散樹脂組成物である。
(Cellulose-dispersed resin composition)
As described above, according to the production method of the present invention, a cellulose-dispersed resin composition in which cellulose is well dispersed in a resin can be obtained simply by adding to the resin and kneading and mixing. Easily dispersible cellulose composition like a masterbatch can be easily obtained. Next, the cellulose-dispersed resin composition of the present invention obtained by dispersing this easily dispersible cellulose composition in a resin will be described. The cellulose-dispersed resin composition of the present invention is a mixture of cellulose and resin obtained by melting and kneading the resin composition containing the above-described easily dispersible cellulose composition of the present invention and a resin. A cellulose-dispersed resin composition containing cellulose in a range of 0.1% to 10% on a mass basis.

この際に使用される樹脂としては、溶融混練等してセルロース分散樹脂組成物を得ることから、熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、オレフィン系樹脂や、ナイロン樹脂等のポリアミド系樹脂や、ポリカーボネート系樹脂や、ポリスルホン系樹脂や、ポリエステル系樹脂や、トリアセチル化セルロース、ジアセチル化セルロース等のセルロース系樹脂等が使用できる。ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリシクロデカン、ポリシクロペンジエン、ポリメチルテルペン等が挙げられる。また、ポリエステル系樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等が挙げられ、ポリアミド系樹脂としては、ポリアミド6(PA6、ε−カプロラクタムの開環重合体)、ポリアミド66(PA66、ポリヘキサメチレンアジポアミド)、ポリアミド11(PA11、ウンデカンラクタムを開環重縮合したポリアミド)、ポリアミド12(PA12、ラウリルラクタムを開環重縮合したポリアミド)等が挙げられる。   As the resin used at this time, it is preferable to use a thermoplastic resin because a cellulose-dispersed resin composition is obtained by melt kneading. Examples of the thermoplastic resin include polyamide resins such as olefin resins and nylon resins, polycarbonate resins, polysulfone resins, polyester resins, and cellulose resins such as triacetylated cellulose and diacetylated cellulose. Etc. can be used. Examples of the polyolefin resin include polyethylene, polypropylene, polycyclodecane, polycyclopentadiene, polymethyl terpene, and the like. Polyester resins include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polylactic acid, polycaprolactone, and the like. Polyamide resins include polyamide 6 (PA6, ring-opening polymer of ε-caprolactam), polyamide 66 (PA66). Polyhexamethylene adipamide), polyamide 11 (PA11, polyamide obtained by ring-opening polycondensation of undecane lactam), polyamide 12 (PA12, polyamide obtained by ring-opening polycondensation of lauryl lactam) and the like.

上記に挙げた樹脂の中で、特に、セルロース分散樹脂組成物とした場合の補強効果を十分に得ることができるという利点、安価であるという利点から、オレフィン系樹脂が好ましい。オレフィン系樹脂としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂等のポリアルケン樹脂が挙げられ、2種以上の混合樹脂として使用してもよい。より具体的には、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、バイオポリエチレン等のポリエチレン系樹脂(PE)、ポリプロピレン系樹脂(PP)が好ましい。更に好ましくは、樹脂組成物の形成に用いる樹脂であるポリオレフィンとして、前記した易分散性セルロース組成物を構成するポリオレフィンと同一骨格のポリマーを用いることが好ましい。このように構成すれば、易分散性セルロース組成物と樹脂とを完全に混合できるようになるからである。このため、例えば、セルロースを分散させる樹脂が決定しているのであれば、その樹脂を用い、これを前記したカルボキシ基化して本発明の製造方法で用いるエマルジョンとし、本発明の易分散性セルロース組成物を得るように構成すれば、混合した際に、完全に混合、相溶した状態にすることができる。このように、その製造方法に用いるポリオレフィンエマルジョンが先に決定しているのではなく、セルロースを分散する基材となる樹脂に応じて、該樹脂に好適な構成の易分散性セルロース組成物を調製することができることも、本発明の大きな特徴である。   Among the resins listed above, an olefin-based resin is particularly preferred because of the advantage that a sufficient reinforcing effect can be obtained when the cellulose-dispersed resin composition is used, and the advantage that it is inexpensive. Examples of the olefin resin include polyalkene resins such as polyethylene resins and polypropylene resins, and may be used as a mixed resin of two or more. More specifically, high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), polyethylene-based resins (PE) such as biopolyethylene, and polypropylene-based resins (PP) are preferable. More preferably, as the polyolefin that is a resin used for forming the resin composition, it is preferable to use a polymer having the same skeleton as the polyolefin constituting the above-described easily dispersible cellulose composition. This is because the easy-dispersible cellulose composition and the resin can be completely mixed. Therefore, for example, if a resin to disperse cellulose is determined, the resin is used, and this is converted into a carboxy group to obtain an emulsion for use in the production method of the present invention. If it comprises so that a thing may be obtained, when it mixes, it can be set as the state which was completely mixed and compatible. Thus, the polyolefin emulsion used in the production method is not determined in advance, but an easily dispersible cellulose composition having a structure suitable for the resin is prepared according to the resin serving as a base material for dispersing cellulose. The ability to do this is also a major feature of the present invention.

本発明のセルロース分散樹脂組成物中に含まれるセルロースの含有量は、質量基準で、0.1%以上10%未満である。0.1%より少ないとセルロースの性能が十分発揮されず、10%より多いとセルロースが過剰となりすぎてしまい、表面が粗くなったりする場合がある。より好ましくは、0.5%以上10%以下、更に好ましくは0.5%以上8%以下である。   The cellulose content contained in the cellulose-dispersed resin composition of the present invention is 0.1% or more and less than 10% on a mass basis. If it is less than 0.1%, the performance of the cellulose is not sufficiently exhibited, and if it is more than 10%, the cellulose becomes excessive and the surface may become rough. More preferably, they are 0.5% or more and 10% or less, More preferably, they are 0.5% or more and 8% or less.

本発明によれば、本発明の易分散性セルロース組成物を、上記に列挙したような分散媒体である樹脂に添加して、通常の混練、溶融混合や分散を行い、易分散性セルロースを構成するポリオレフィンと、分散媒体である樹脂を相溶させることで、CNF等のセルロース類が分散した本発明のセルロース分散樹脂組成物を簡便に得ることができる。本発明のセルロース分散樹脂組成物の製造方法は特に限定されず、易分散性セルロース組成物と樹脂との混合には、従来公知の方法が利用できる。例えば、ミキシングロール、バンバリーミキサー、ニーダー、ニーダールーダー、単軸押し出し機、多軸押し出し機等で、混合分散される。混合分散させる際の温度や混合時間は、樹脂によって決まるので一概には言えず、その使用される樹脂に合わせて決定される。その後、セルロース分散樹脂組成物は、シート状に裁断されたり、ペレタイザーでペレット化されたりして使用される。   According to the present invention, the easily dispersible cellulose composition of the present invention is added to a resin that is a dispersion medium as listed above, and is subjected to normal kneading, melt mixing, and dispersion to form an easily dispersible cellulose. The cellulose-dispersed resin composition of the present invention in which celluloses such as CNF are dispersed can be easily obtained by compatibilizing the polyolefin to be dispersed with the resin as the dispersion medium. The method for producing the cellulose-dispersed resin composition of the present invention is not particularly limited, and conventionally known methods can be used for mixing the easily dispersible cellulose composition and the resin. For example, they are mixed and dispersed by a mixing roll, a Banbury mixer, a kneader, a kneader ruder, a single-screw extruder, a multi-screw extruder, and the like. Since the temperature and mixing time for mixing and dispersing are determined depending on the resin, they cannot be generally specified, and are determined according to the resin used. Thereafter, the cellulose-dispersed resin composition is used after being cut into a sheet or pelletized with a pelletizer.

また、本発明のセルロース分散樹脂組成物を製造する際に用いる本発明の易分散性セルロース組成物は、乾燥しても十分使用できるが、易分散性セルロース組成物を得る際に、乾燥する前に得られる水ペーストを使用することもできる。乾燥によってセルロースが凝集する場合があるので、その凝集を抑えるため、乾燥せず、製造工程で得られる水ペーストの状態のものをそのまま使用することで、良好な分散ができる。その際に使用される水ペーストの固形分は特に限定されない。水ペーストの状態の易分散性セルロース組成物を用いてセルロース分散樹脂組成物を製造した際には、例えば、押し出し機だと、ベント等で水分を吸引したりして揮発成分を除去するようにする。   In addition, the easily dispersible cellulose composition of the present invention used when producing the cellulose-dispersed resin composition of the present invention can be sufficiently used even after drying, but before drying when obtaining the easily dispersible cellulose composition. It is also possible to use the water paste obtained. Since cellulose may aggregate by drying, good dispersion can be achieved by using the water paste obtained in the production process as it is without drying to suppress the aggregation. The solid content of the water paste used at that time is not particularly limited. When a cellulose-dispersed resin composition is produced using an easily dispersible cellulose composition in the form of a water paste, for example, in an extruder, the volatile components are removed by sucking moisture with a vent or the like. To do.

また、本発明のセルロース分散樹脂組成物を製造する際には、他の添加剤を添加してもよい。具体的には、相溶化剤、酸化防止剤、光安定剤、界面活性剤、顔料や染料等の着色剤、金属粉末、可塑剤、香料、紫外線吸収剤、レベリング剤、導電材、帯電防止剤等を一種以上使用することができ、添加する量は任意である。   Moreover, when manufacturing the cellulose dispersion resin composition of this invention, you may add another additive. Specifically, compatibilizers, antioxidants, light stabilizers, surfactants, colorants such as pigments and dyes, metal powders, plasticizers, fragrances, ultraviolet absorbers, leveling agents, conductive materials, antistatic agents 1 or more can be used, and the amount to be added is arbitrary.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。以下、文中の「部」及び「%」は、特に断りのない限り、質量基準である。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to these examples. Hereinafter, “parts” and “%” in the text are based on mass unless otherwise specified.

[実施例1]<易分散性セルロース組成物−1の作製>
針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)(リファイナー処理済み、固形分:25%)600部に、水を19400部添加し、パルプスラリー濃度0.75質量%の水懸濁液(スラリー)を調製した。次に、得られたスラリーに対し、ビーズミルを用いて機械的解繊処理を行った。更に、解繊処理を行った後、フィルタープレスで脱水し、含水状態のCNF−1(固形分:10%)を1425部得た。
[Example 1] <Preparation of easily dispersible cellulose composition-1>
19600 parts of water was added to 600 parts of softwood bleached kraft pulp (NBKP) (refiner-treated, solid content: 25%) to prepare a water suspension (slurry) having a pulp slurry concentration of 0.75% by mass. Next, the resulting slurry was subjected to mechanical defibrating using a bead mill. Furthermore, after performing the defibrating process, it was dehydrated with a filter press to obtain 1425 parts of water-containing CNF-1 (solid content: 10%).

このCNF−1を60リッターのバットに1000部をはかり取り、イオン交換水19000部を添加して、ホモミキサーにて5000回転で30分撹拌し、次いで、水浴が設置されたディスパーに撹拌装置を切り替え、600回転で撹拌して、CNF−1の水懸濁液を得た。この水懸濁液は、セルロースを0.726%含有する。   1000 parts of this CNF-1 is weighed in a 60 liter bat, 19000 parts of ion-exchanged water is added, and the mixture is stirred for 30 minutes at 5000 rpm with a homomixer. The mixture was switched and stirred at 600 rpm to obtain an aqueous suspension of CNF-1. This aqueous suspension contains 0.726% cellulose.

次いで、別容器に、ポリオレフィンエマルジョン−1(以下、POE−1と称す)を13537.5部はかり取り、上記で得たCNF−1の水懸濁液に添加して撹拌し、セルロースとポリオレフィンの混合水溶液を得た。この時pHは8.9であった。上記で用いたPOE−1には、ポリエチレン(以下、PE−1と称す)に、無水マレイン酸をグラフトした後、溶融して強力撹拌装置にて撹拌しつつ水酸化ナトリウム水溶液を添加して、エマルジョン化したものである。なお、他の例で使用したポリオレフィンエマルジョンも、同様の手法で作製した。上記で用いたPOE−1の物性は、下記のとおりである。PE−1の酸価が30.0mgKOH/gで、融点が107℃であり、POE−1は、固形分20%、pH9.2、若干透明感のある青白い水溶性液体で、光散乱による粒子径測定機により測定した平均粒子径が110.3nmのものである。   Next, in a separate container, 13537.5 parts of polyolefin emulsion-1 (hereinafter referred to as POE-1) is weighed, added to the aqueous suspension of CNF-1 obtained above and stirred, and the cellulose and polyolefin are mixed. A mixed aqueous solution was obtained. At this time, the pH was 8.9. To POE-1 used above, after grafting maleic anhydride onto polyethylene (hereinafter referred to as PE-1), an aqueous sodium hydroxide solution was added while melting and stirring with a powerful stirrer. Emulsified. The polyolefin emulsion used in other examples was also produced by the same method. The physical properties of POE-1 used above are as follows. PE-1 has an acid value of 30.0 mg KOH / g, a melting point of 107 ° C., POE-1 is a pale water-soluble liquid with a solid content of 20%, pH 9.2, and a slight transparency. The average particle diameter measured with a diameter measuring machine is 110.3 nm.

別容器に1%塩酸を用意した。上記で得られたセルロースとポリオレフィンの混合水溶液を600回転で撹拌しながら、用意した1%塩酸を徐々に添加していき、pHが3.0になるまで添加した。この際、pHが5〜6付近で増粘が見られた。次いで、水浴で60℃まで加温し、1時間撹拌して、吸引ろ過し、イオン交換水で、ろ液のpHが中性になるまでよく洗浄した。そして、セルロース樹脂処理物(CP−1)の水ペーストを11585部得た。固形分を測定したところ、24.6%であった。この固形分は、赤外水分測定機にて130℃で恒量に達した時の値である。以下、固形分はこの方法で測定した。この固形分は、セルロースを5%含有するセルロースの樹脂処理物である。   1% hydrochloric acid was prepared in a separate container. While stirring the mixed aqueous solution of cellulose and polyolefin obtained above at 600 rpm, the prepared 1% hydrochloric acid was gradually added until the pH reached 3.0. At this time, thickening was observed at pH around 5-6. Next, the mixture was heated to 60 ° C. in a water bath, stirred for 1 hour, suction filtered, and thoroughly washed with ion exchange water until the pH of the filtrate became neutral. And 11585 parts of water paste of the cellulose resin processed product (CP-1) was obtained. The solid content was measured and found to be 24.6%. This solid content is a value when it reaches a constant weight at 130 ° C. with an infrared moisture measuring machine. Hereinafter, the solid content was measured by this method. This solid content is a processed resin product of cellulose containing 5% cellulose.

[実施例2]<易分散性セルロース組成物−2の作製>
実施例1で得られたセルロース樹脂処理物(CP−1)の水ペーストの半量を90℃で24時間加熱・乾燥し、次いで、120℃で24時間加熱・乾燥した。このCP−1についての、加熱・乾燥前と加熱・乾燥後のもののIRを比較したところ、加熱・乾燥前はカルボキシ基のピークであると考えられる1694cm-1が観測されただけであったが、加熱・乾燥後のものには、1694cm-1のほかに1745cm-1のエステル化ピークが見られた。このことから、上記した加熱・乾燥処理で、CP−1を構成しているポリオレフィンのカルボキシ基と、セルロースのカルボキシ基が反応してエステル結合が形成されたと考えられる。加熱・乾燥後のものをCP−1Dと称する。以下の例でも、乾燥物のセルロース樹脂処理物はこの方法で作製し、いずれもIRにてエステル結合の有無を確認した。
[Example 2] <Production of easily dispersible cellulose composition-2>
Half of the water paste of the cellulose resin treated product (CP-1) obtained in Example 1 was heated and dried at 90 ° C. for 24 hours, and then heated and dried at 120 ° C. for 24 hours. When comparing the IR of this CP-1 before heating / drying and after heating / drying, only 1694 cm −1 , which is considered to be the peak of the carboxy group, was observed before heating / drying. , those after heating and drying, in addition to 1694cm -1 esterification peak of 1745 cm -1 were observed. From this, it is considered that the ester bond was formed by the reaction between the carboxy group of the polyolefin composing CP-1 and the carboxy group of cellulose in the heating and drying treatment described above. The product after heating and drying is referred to as CP-1D. Also in the following examples, dried cellulose resin treated products were prepared by this method, and all were confirmed for the presence of ester bonds by IR.

[実施例3、4]<易分散性セルロース組成物−3、−4の作製>
実施例1で使用したポリオレフィンの量を表1に記載したように変化させて、それ以外は実施例1と同様にして、セルロース樹脂処理物(易分散性セルロース組成物)をそれぞれ作製した。これを実施例3、4とし、実施例1、2の構成と合わせて、表1にまとめて示した。
[Examples 3 and 4] <Preparation of easily dispersible cellulose composition-3 and -4>
Cellulose resin-treated products (easily dispersible cellulose compositions) were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyolefin used in Example 1 was changed as described in Table 1. These are designated as Examples 3 and 4, and are shown in Table 1 together with the configurations of Examples 1 and 2.

[実施例5〜10]<易分散性セルロース組成物−5〜−10の作製>
実施例1〜3で使用したポリオレフィンエマルジョンであるPOE−1に替えて、後述するポリオレフィンエマルジョンであるPOE−2、POE−3、POE−4、POE−5をそれぞれ使用し、実施例1〜実施例3のいずれかと同様にしてセルロース樹脂処理物をそれぞれ作製した。これを実施例5〜10とした。これらの構成を、表2にまとめて示した。表2に示したように、実施例5のセルロース樹脂処理物(易分散性セルロース組成物)は、得られた水ペーストを乾燥しただけでエステル化してない。また、実施例10のセルロース樹脂処理物(易分散性セルロース組成物)は、実施例9と同様にして得られた水ペーストを、更に実施例2と同様に脱水縮合して得られた乾燥物である。
[Examples 5 to 10] <Preparation of easily dispersible cellulose composition-5 to -10>
Instead of POE-1 which is the polyolefin emulsion used in Examples 1 to 3, POE-2, POE-3, POE-4 and POE-5 which are polyolefin emulsions described later are used, respectively. Cellulose resin-treated products were produced in the same manner as in any of Example 3. This was made into Examples 5-10. These configurations are summarized in Table 2. As shown in Table 2, the cellulose resin treated product (easily dispersible cellulose composition) of Example 5 was not esterified just by drying the obtained water paste. In addition, the cellulose resin-treated product (easily dispersible cellulose composition) of Example 10 was a dry product obtained by further subjecting a water paste obtained in the same manner as in Example 9 to dehydration condensation in the same manner as in Example 2. It is.

実施例5〜10のセルロース樹脂処理物(易分散性セルロース組成物)を得る際に使用したポリオレフィンエマルジョンには、それぞれ下記の性状のPOE−2、POE−3、POE−4及びPOE−5ものを用いた。
POE−2:ポリオレフィンがポリエチレン(PE)で、その酸価が45.3mgKOH/g、融点が102℃であり、エマルジョンの固形分が15%、pHが9.2で、透明感のある青白い水溶性液体であり、平均粒子径が79nmである。
POE−3:ポリオレフィンがポリエチレン(PE)で、その酸価が15.9mgKOH/g、融点が110℃であり、エマルジョンの固形分が15%、pHが9.0で、乳白い液体であり、平均粒子径178nmである。
POE−4:ポリオレフィンがポリプロピレン(PP)で、その酸価が17.0mgKOH/g、融点が100℃であり、エマルジョンの固形分が20%、pHが8.9で、白色液体であり、平均粒子径212nmである。
POE−5:ポリオレフィンがポリプロピレン(PP)で、その酸価が26.3mgKOH/g、融点が120℃であり、エマルジョンの固形分が20%、pHが9.5で、白色液体であり、平均粒子径257nmである。
The polyolefin emulsions used in obtaining the cellulose resin treated products (easily dispersible cellulose compositions) of Examples 5 to 10 were POE-2, POE-3, POE-4 and POE-5 having the following properties, respectively. Was used.
POE-2: Polyolefin is polyethylene (PE), its acid value is 45.3mgKOH / g, melting point is 102 ° C, solid content of emulsion is 15%, pH is 9.2, clear water-white water Liquid with an average particle diameter of 79 nm.
POE-3: Polyolefin is polyethylene (PE), its acid value is 15.9 mgKOH / g, melting point is 110 ° C., emulsion solid content is 15%, pH is 9.0, milky liquid, The average particle size is 178 nm.
POE-4: Polyolefin is polypropylene (PP), acid value is 17.0 mg KOH / g, melting point is 100 ° C., solid content of emulsion is 20%, pH is 8.9, white liquid, average The particle diameter is 212 nm.
POE-5: Polyolefin is polypropylene (PP), its acid value is 26.3 mg KOH / g, melting point is 120 ° C., emulsion solid content is 20%, pH is 9.5, white liquid, average The particle diameter is 257 nm.

[比較例1〜7]<セルロース含有組成物−1〜7>
下記に示した、セルロースをそれぞれに含有する組成物を比較例1〜7のセルロース含有組成物とした。比較例1のセルロース含有組成物は、先に実施例1で使用した解繊処理を行った含水状態のCNF−1であり、比較例2のセルロース含有組成物は、この含水状態のCNF−1を乾燥して得た乾燥物のCNF−1Dである。比較例3のセルロース含有組成物は、実施例1のセルロース樹脂処理物CP−1を得る際に、使用するセルロースの量を増加させることで得た、セルロースの含有量を50%と多くした(相対的にポリオレフィン量が少ない)比較CP−1であり、比較例4のセルロース含有組成物は、この比較CP−1を乾燥して得た乾燥物の比較CP−1Dである。
[Comparative Examples 1-7] <Cellulose-containing compositions-1-7>
The cellulose-containing compositions of Comparative Examples 1 to 7 were used as compositions containing cellulose as shown below. The cellulose-containing composition of Comparative Example 1 is a water-containing CNF-1 that has been subjected to the defibrating treatment previously used in Example 1, and the cellulose-containing composition of Comparative Example 2 is a CNF-1 in this water-containing state. It is CNF-1D of the dried material obtained by drying. In the cellulose-containing composition of Comparative Example 3, when the cellulose resin treated product CP-1 of Example 1 was obtained, the cellulose content obtained by increasing the amount of cellulose used was increased to 50% ( (Comparative CP-1 with relatively small amount of polyolefin) The cellulose-containing composition of Comparative Example 4 is a comparative CP-1D of a dried product obtained by drying the comparative CP-1.

比較例5のセルロース含有組成物は、実施例1のセルロース樹脂処理物CP−1を得る際に使用した、ポリオレフィンエマルジョンのPOE−1の替わりに、酸価が高く且つ融点が低いポリエチレンからなる下記の性状を有するポリオレフィンエマルジョンPOE−6を使用した以外は同様にして、CNF−1を処理して比較CP−2を得た。ポリエチレンのエマルジョンであるPOE−6の性状は、ポリエチレンの酸価が135mgKOH/g、融点が55℃で、固形分30%、pH9.5の白色液体で、平均粒子径が50nmである。   The cellulose-containing composition of Comparative Example 5 was made of polyethylene having a high acid value and a low melting point instead of POE-1 of the polyolefin emulsion used when obtaining the cellulose resin treated product CP-1 of Example 1. Comparative CP-2 was obtained by treating CNF-1 in the same manner except that the polyolefin emulsion POE-6 having the following properties was used. The properties of POE-6, which is an emulsion of polyethylene, is a white liquid having an acid value of polyethylene of 135 mgKOH / g, a melting point of 55 ° C., a solid content of 30% and a pH of 9.5, and an average particle size of 50 nm.

比較例6では、実施例1で使用したポリオレフィンエマルジョンのPOE−1の替わりに、界面活性剤で強制乳化した平均粒径の大きいポリプロピレンからなる下記の性状を有するポリオレフィンエマルジョンPOE−7を使用した以外、実施例1と同様にしたが、界面活性剤で乳化しているため、酸を添加した際にポリオレフィンが十分析出せず、樹脂処理物を得ることができなかった。ポリプロピレンのエマルジョンであるPOE−7の性状は、酸価が10mgKOH/g、融点120℃で、界面活性剤で強制乳化して作製した、固形分20%、pH8.0の白色液体で、平均粒子径が580nmである。   In Comparative Example 6, instead of the polyolefin emulsion POE-1 used in Example 1, a polyolefin emulsion POE-7 having the following properties made of polypropylene having a large average particle diameter and forcedly emulsified with a surfactant was used. Although it carried out similarly to Example 1, since it emulsified with surfactant, when acid was added, polyolefin did not fully precipitate, but it was not able to obtain a resin treatment thing. The property of POE-7, which is a polypropylene emulsion, is a white liquid with an acid value of 10 mgKOH / g, a melting point of 120 ° C., and forced emulsification with a surfactant, with a solid content of 20% and a pH of 8.0. The diameter is 580 nm.

比較例7では、実施例1で使用したポリオレフィンエマルジョンのPOE−1の替わりに、ポリエチレンからなる下記の性状を有する平均粒径の大きいポリオレフィンエマルジョンPOE−8を使用した以外は同様にして、CNF−1を処理して比較CP−3を得た。ポリエチレンのエマルジョンであるPOE−8の性状は、酸価が25mgKOH/g、融点が85℃で、固形分40%、pH9.5の白色液体で、平均粒子径800nmである。この結果、酸を添加するとポリオレフィンが析出するものの、ろ過が非常に遅い結果であった。この原因は不明であるが、ろ過が遅いことは、セルロースの親水性が作用して、ろ過しにくい状態であり、すなわち、ナノサイズのセルロースに対して、エマルジョン粒子径が大きいために、セルロースをうまく包括することができなかったのではないかと推測される。   In Comparative Example 7, in place of the polyolefin emulsion POE-1 used in Example 1, a polyolefin emulsion POE-8 having the following properties made of polyethylene and having a large average particle diameter was used in the same manner. 1 was processed to obtain comparative CP-3. The properties of POE-8, which is a polyethylene emulsion, is a white liquid having an acid value of 25 mgKOH / g, a melting point of 85 ° C., a solid content of 40% and a pH of 9.5, and an average particle size of 800 nm. As a result, when acid was added, polyolefin precipitated, but the filtration was very slow. The reason for this is unknown, but slow filtration means that the hydrophilicity of cellulose acts and is difficult to filter, i.e., the emulsion particle size is larger than that of nano-sized cellulose. It is speculated that it could not be included well.

[評価A]
上記で得たセルロースの樹脂処理物或いはセルロース含有組成物を用いて、セルロースの分散性等を評価した。
〔評価−1〕<熱キシレンへの分散性>
オレフィンにエステル結合が形成されている実施例2のCP−1D、得られた水ペーストを乾燥しただけの実施例5のCP−4H、含水状態のCNF−1を乾燥した比較例2のCNF−1Dについて、下記のようにして熱キシレンへの分散性を評価した。上記のものを10mlのサンプル瓶に少量添加して、キシレンを加えて、スターラーピースを入れ、キシレンの沸点近くまで加熱撹拌した。
[Evaluation A]
The dispersibility of cellulose was evaluated using the cellulose resin-treated product or cellulose-containing composition obtained above.
[Evaluation-1] <Dispersibility in hot xylene>
CP-1D of Example 2 in which an ester bond is formed on the olefin, CP-4H of Example 5 obtained by simply drying the obtained water paste, CNF- of Comparative Example 2 obtained by drying water-containing CNF-1 About 1D, the dispersibility to a hot xylene was evaluated as follows. A small amount of the above was added to a 10 ml sample bottle, xylene was added, a stirrer piece was added, and the mixture was heated and stirred to near the boiling point of xylene.

その結果、比較例2のCNF−1Dは全く分散しなかった。これに対し、実施例2のCP−1D、実施例5のCP−4Hは、ともキシレン中にCNFが分散した。得られた結果を図1に示した。図1の左から、CNF−1D、CP−1D(易分散セルロース組成物中にセルロースは5%)、CP−4H(易分散セルロース組成物中にセルロースは10%)の結果を示した。   As a result, CNF-1D of Comparative Example 2 was not dispersed at all. In contrast, CP-1D of Example 2 and CP-4H of Example 5 both had CNF dispersed in xylene. The obtained results are shown in FIG. From the left of FIG. 1, the results of CNF-1D, CP-1D (cellulose is 5% in the easily dispersible cellulose composition), and CP-4H (cellulose is 10% in the easily dispersible cellulose composition) are shown.

上記の結果から、実施例の試料では、CNFがエマルジョンのポリオレフィン樹脂に分散した状態で存在しており、実施例の試料を構成しているポリオレフィンが熱キシレンに溶解して、セルロースがキシレンに分散した状態となっていることを示している。   From the above results, in the sample of the example, CNF exists in a state of being dispersed in the polyolefin resin in the emulsion, the polyolefin constituting the sample of the example is dissolved in hot xylene, and the cellulose is dispersed in xylene. It shows that it is in the state.

〔評価−2〕<易分散セルロース樹脂組成物におけるセルロースの分散状態>
実施例7のポリプロピレンエマルジョンを用いて得られたCP−6を、絵柄を付けたガラスプレートに少量置き、ホットプレートを使用して加熱して乾燥し、更にガラスプレートを被せて熱プレスしてCP−6からなる膜を得た。
[Evaluation-2] <Dispersion state of cellulose in easily dispersible cellulose resin composition>
A small amount of CP-6 obtained using the polypropylene emulsion of Example 7 was placed on a glass plate with a pattern, heated and dried using a hot plate, further covered with a glass plate, and hot-pressed. A film consisting of -6 was obtained.

その結果、図2に示したように、形成された膜は、下地の絵柄が明確に視認できる微半透明の膜であり、CNF−1が良好に分散していることが確認できた。すなわち、実施例7のCP−6は、CNFを5%含有しているが、形成された樹脂膜中への良好な分散性を示していることがわかる。図3は、上記で形成した膜についての電子顕微鏡写真の図であり、この図からCNFが良好に分散した状態になっていることが確認された。   As a result, as shown in FIG. 2, it was confirmed that the formed film was a slightly translucent film in which the underlying pattern was clearly visible, and CNF-1 was well dispersed. That is, it can be seen that CP-6 of Example 7 contains 5% of CNF, but exhibits good dispersibility in the formed resin film. FIG. 3 is an electron micrograph of the film formed above. From this figure, it was confirmed that CNF was well dispersed.

他の実施例の易分散セルロース樹脂組成物についても上記と同様にして確認した。その結果、いずれの場合も透明感のある膜が得られ、膜中にCNFが良好に分散していることが分かった。しかし、本発明で規定するよりも酸価が高く平均粒径の大きいポリオレフィンエマルジョンPOE−8を使用して得た、比較例7の比較CP−3を用いて同様に膜を形成したところ、白濁した膜であり、セルロースが良好に分散していないことを示した。その理由は、前記したように、セルロースがうまく包括されないために、セルロースが水素結合で凝集してしまい、CNFの良好な分散を得ることができなかったと推測される。   It confirmed similarly to the above also about the easily dispersible cellulose resin composition of another Example. As a result, in all cases, a transparent film was obtained, and it was found that CNF was well dispersed in the film. However, when a film was formed in the same manner using the comparative CP-3 of Comparative Example 7 obtained by using the polyolefin emulsion POE-8 having a higher acid value and a larger average particle size than specified in the present invention, it was And showed that the cellulose was not well dispersed. The reason for this is presumed that, as described above, since cellulose is not included well, the cellulose is aggregated by hydrogen bonds, and a good dispersion of CNF cannot be obtained.

[実施例11]<セルロース分散樹脂組成物の作製>
実施例1のセルロースとポリオレフィンとの組成物であるセルロース樹脂処理物(易分散性セルロース組成物)CP−1を用い、樹脂と混合してセルロースを分散してなる樹脂組成物を作製し、得られた樹脂組成物について評価した。樹脂組成物の作製に用いた樹脂は、CP−1を作製する際に用いたポリオレフィンエマルジョンであるPOE−1に使用したと同様のポリエチレンPE−1である。CP−1と混合するポリエチレンの使用量は、得られる樹脂組成物中にセルロースが2.5%含有されるようにした。
[Example 11] <Production of cellulose-dispersed resin composition>
Using a cellulose resin treated product (easily dispersible cellulose composition) CP-1 which is a composition of cellulose and polyolefin of Example 1, a resin composition is prepared by mixing with resin and dispersing cellulose. The obtained resin composition was evaluated. The resin used for preparing the resin composition is the same polyethylene PE-1 as used for POE-1, which is a polyolefin emulsion used when preparing CP-1. The amount of polyethylene used for mixing with CP-1 was such that 2.5% of cellulose was contained in the resulting resin composition.

セルロースを分散してなる樹脂組成物の作製は、下記の方法で、CP−1とPE−1とを二軸押出混練し、ペレット化した。そして、得られたペレットを用い、前記した評価−2で行った方法と同様にしてフィルムを作成し、セルロースの分散度合いを確認した。より具体的には、CP−1とPE−1との二軸押出混練を、混練温度140℃で実施し、水分はベントと吸引した。次いで、ストランド状に吐出して冷却、ペレタイザーでカッティングして、セルロースが分散したPE樹脂ペレットを調製した。上記の二軸押出混練機でのパス回数は1回のみである。   Preparation of the resin composition formed by dispersing cellulose was performed by biaxial extrusion kneading CP-1 and PE-1 and pelletized by the following method. And the film was created like the method performed by above-mentioned evaluation-2 using the obtained pellet, and the dispersion degree of the cellulose was confirmed. More specifically, biaxial extrusion kneading of CP-1 and PE-1 was performed at a kneading temperature of 140 ° C., and moisture was sucked into the vent. Subsequently, it was discharged in a strand shape, cooled, and cut with a pelletizer to prepare PE resin pellets in which cellulose was dispersed. The number of passes in the above twin screw extrusion kneader is only one.

得られたセルロースが分散したPE樹脂ペレットを細かく切り分け、前記した評価−2で行ったと同様にして膜を作成した。その結果、形成された膜は殆ど透明であり、ポリエチレン樹脂にセルロースが良好に分散していることが確認できた。このことは、二軸押出混練機でのパス回数が1回のみでも、樹脂中へのセルロースの十分な分散性が得られることを示しており、実施例1のCP−1は、ポリエチレン樹脂に対して易分散性であると判断できる。   The obtained PE resin pellets in which cellulose was dispersed were finely cut, and a film was prepared in the same manner as described in Evaluation-2. As a result, the formed film was almost transparent, and it was confirmed that cellulose was well dispersed in the polyethylene resin. This indicates that sufficient dispersibility of cellulose in the resin can be obtained even when the number of passes in the twin-screw extrusion kneader is only one. CP-1 of Example 1 is a polyethylene resin. On the other hand, it can be judged that it is easily dispersible.

[実施例12]<セルロース分散樹脂組成物と比較例>
先に作製した実施例2〜8の、セルロースとポリオレフィン(PE又はPP)との組成物であるセルロース樹脂処理物(易分散性セルロース組成物)をそれぞれに用い、実施例11で行ったと同様にして、セルロースを分散してなる樹脂組成物である樹脂ペレットを得た。また、実施例9、10のセルロース樹脂処理物(易分散性セルロース組成物)については、樹脂にポリプロピレンを使用して、セルロースを分散してなるPP樹脂ペレットを得た。そして、得られたPE樹脂ペレット又はPP樹脂ペレットを用い、実施例11で行ったと同様にしてそれぞれ膜を形成して、樹脂中へのセルロースの分散性を評価した。この結果、すべての実施例で、透明の膜を得ることができ、良好な分散性を示した。また、二軸押出混練機でのパス回数は一回のみでも、樹脂中へのセルロースの十分な分散性が得られることを示しており、実施例2〜10のセルロース樹脂処理物(易分散性セルロース組成物)は、いずれもポリオレフィン樹脂に対して易分散性であると判断できる。
[Example 12] <Cellulose-dispersed resin composition and comparative example>
In the same manner as in Example 11, using the cellulose resin-treated product (easily dispersible cellulose composition) that is a composition of cellulose and polyolefin (PE or PP) of Examples 2 to 8 prepared above, respectively. Thus, resin pellets which are resin compositions obtained by dispersing cellulose were obtained. Moreover, about the cellulose resin processed material (easily dispersible cellulose composition) of Example 9, 10, the polypropylene resin was used for resin and the PP resin pellet formed by disperse | distributing a cellulose was obtained. Then, using the obtained PE resin pellets or PP resin pellets, films were formed in the same manner as in Example 11 to evaluate the dispersibility of cellulose in the resin. As a result, in all Examples, a transparent film could be obtained and good dispersibility was exhibited. Moreover, it is shown that sufficient dispersibility of cellulose in the resin can be obtained even if the number of passes in the twin-screw extrusion kneader is only one, and the cellulose resin treated products of Examples 2 to 10 (easy dispersibility) It can be judged that any of the cellulose compositions is easily dispersible with respect to the polyolefin resin.

[比較例8]<セルロース分散樹脂組成物と比較例>
先に作製した比較例1〜5、7の各セルロース含有組成物をそれぞれ用い、セルロースの含有量が2.5%になるように、前記したポリエチレン(PE−1)樹脂を使用して、実施例11と同様して、比較例のセルロースを含有した樹脂組成物であるPE樹脂ペレットを得た。そして、得られたPE樹脂ペレットを用い、実施例11で行ったと同様にしてそれぞれ膜を形成し、樹脂中へのセルロースの分散性を評価した。
[Comparative Example 8] <Cellulose-dispersed resin composition and comparative example>
Each of the cellulose-containing compositions of Comparative Examples 1 to 5 and 7 prepared above was used, and the above-described polyethylene (PE-1) resin was used so that the cellulose content was 2.5%. In the same manner as in Example 11, PE resin pellets, which is a resin composition containing cellulose of a comparative example, were obtained. Then, using the obtained PE resin pellets, a film was formed in the same manner as in Example 11, and the dispersibility of cellulose in the resin was evaluated.

この結果、比較例1、2、3、4のセルロース含有組成物を用いた場合は、PE樹脂と二軸押出混練した際に、繊維状のものがあり、ぼそぼそしており、ストランドも引くことができず、セルロースが全く分散していないことが分かった。その理由は、前記で試験したキシレンへの分散の場合と同様に、比較例1、2の、樹脂で処理していない態様のセルロース含有組成物の場合は、非極性の疎水性の強いPE樹脂では、セルロースの水素結合が強く、二軸押出混練してもセルロースが分散しなかったものと考えられる。   As a result, when the cellulose-containing compositions of Comparative Examples 1, 2, 3, and 4 were used, when they were biaxially extruded and kneaded with PE resin, there were fibrous ones that were loose and pulled, and the strands were also drawn. It was found that the cellulose was not dispersed at all. The reason for this is the same as in the case of the dispersion in xylene tested above, in the case of the cellulose-containing composition of Comparative Examples 1 and 2, which was not treated with resin, a non-polar highly hydrophobic PE resin Then, it is considered that the hydrogen bond of cellulose is strong, and the cellulose was not dispersed even when biaxial extrusion kneading.

また、樹脂で処理されるセルロースの量を多くして得た比較例3、4のセルロース含有組成物は、実施例と同様にポリオレフィンのエマルジョンで処理したとしても、相対的に樹脂の量が少ないと十分なセルロースの包括ができず、セルロースが、処理で凝集した状態になってしまい、二軸押出混練しても十分なセルロースの分散ができなかったものと考えられる。また、比較例5のセルロース含有組成物は、セルロースの処理に使用したエマルジョンを構成するポリエチレンの融点が55℃と低いため、得られたストランドが軟質であった。その程度は手で引っ張っても切れるほどであり、樹脂組成物として耐性がないと考えられる。また、比較例7のセルロース含有組成物を用いた場合は、ペレット化できたが、形成した膜は白っぽく、セルロースが十分に分散していないと考えられる。   In addition, the cellulose-containing compositions of Comparative Examples 3 and 4 obtained by increasing the amount of cellulose treated with the resin have a relatively small amount of resin even when treated with a polyolefin emulsion as in the Examples. It is considered that sufficient cellulose cannot be included, and the cellulose is in an aggregated state by the treatment, and even if biaxial extrusion kneading is performed, sufficient cellulose cannot be dispersed. Moreover, since the melting point of the polyethylene which comprises the emulsion used for the process of the cellulose of the comparative example 5 was as low as 55 degreeC, the obtained strand was soft. The degree is such that it can be cut even if pulled by hand, and it is considered that the resin composition is not resistant. Moreover, when the cellulose containing composition of the comparative example 7 was used, although it was pelletized, the formed film | membrane is whitish and it is thought that the cellulose is not fully disperse | distributing.

[評価B]<二軸押出混練、射出成型及び引張試験>
上記で得られた実施例11、12の各PE樹脂ペレット、比較例7のセルロース含有組成物を使用して得られたPE樹脂ペレットについて、それぞれ射出成型を実施し、ダンベル片(ダンベル厚:2mm)を作成して評価用サンプルとした。得られた評価用サンプルのダンベル片のそれぞれについて、引張試験機(インストロン社製:万能試験機5900シリーズ使用)で、10mm/minの引張速度で引張試験を実施し、引張弾性率及び引張強度を測定し、評価した。得られた結果を表3にまとめて示した。比較のために、セルロースを添加しないポリエチレン(PE−1)樹脂についても同様の試験を行い、表3中に結果を示した。
[Evaluation B] <Biaxial extrusion kneading, injection molding and tensile test>
The PE resin pellets obtained using the PE resin pellets of Examples 11 and 12 obtained above and the cellulose-containing composition of Comparative Example 7 were each subjected to injection molding, and dumbbell pieces (dumbbell thickness: 2 mm) ) Was prepared as an evaluation sample. Each of the dumbbell pieces of the obtained sample for evaluation was subjected to a tensile test at a tensile speed of 10 mm / min using a tensile tester (manufactured by Instron Co., Ltd .: universal tester 5900 series used), and tensile modulus and tensile strength Were measured and evaluated. The results obtained are summarized in Table 3. For comparison, the same test was performed for polyethylene (PE-1) resin to which cellulose was not added, and the results are shown in Table 3.

表3に示したように、本発明の実施例の易分散性セルロース組成物を使用して得たセルロース樹脂組成物は、ナノサイズのセルロースが良好に分散することによって、機械的物性が向上して、その引張弾性率、引張強度ともに高い値を示した。また、液体液分を含んだままの水ペーストとして二軸押し出し混練しても、ポリエチレン(PE−1)樹脂のみの場合に比べて、十分な更なる機械強度向上が確認された。水ペーストを使用する実施形態では、乾燥工程を省きコストダウンがはかれると考えられる。これに対し、比較例7のセルロース含有組成物を用いた場合では、セルロースがうまくオレフィンに分散しないことから、ポリエチレン(PE−1)樹脂のみの場合に比べて、弾性率はセルロース添加の効果で若干の向上が見られたが、強度が低下した結果であった。   As shown in Table 3, the cellulose resin composition obtained by using the easily dispersible cellulose composition of the example of the present invention has improved mechanical properties due to good dispersion of nano-sized cellulose. The tensile modulus and tensile strength were both high. Further, even when biaxial extrusion kneading as a water paste containing a liquid component, a sufficient further improvement in mechanical strength was confirmed as compared with the case of using only polyethylene (PE-1) resin. In the embodiment using the water paste, it is considered that the cost is reduced by omitting the drying step. On the other hand, in the case of using the cellulose-containing composition of Comparative Example 7, since the cellulose does not disperse well in the olefin, the elastic modulus is the effect of adding cellulose compared to the case of the polyethylene (PE-1) resin alone. A slight improvement was observed, but the strength decreased.

上記で説明したように、本発明の易分散性セルロース組成物とその製造する方法を、例えば、セルロース分散PE樹脂を作製する際の前処理工程として実施することで、得られるセルロース分散樹脂組成物は、セルロースが良好に分散しており、加えて容易にセルロースを分散することができ、そのセルロースを含有した樹脂その成形品が、引張弾性率及び引張強度に優れるという特性を有するものとなる。また、本発明で提供する技術は、セルロースという天然資源の有効活用に資するものであるため、環境にも優しく、化石材料の低減を図ることができる。また、樹脂製品の軽量化という点でも、本発明で提供する技術では、セルロースの比重の低さが効果を発揮すると考えられる。本発明で提供するセルロース分散樹脂組成物は、自動車用部材、テレビ、電話、時計等の電化製品の筺体、携帯電話等の移動通信機器等の筺体、印刷機器、複写機、スポーツ用品等の筺体等の構造材料用途として有用であり、その広範な利用が期待される。   As explained above, the cellulose-dispersed resin composition obtained by carrying out the easily dispersible cellulose composition of the present invention and the method for producing the same as, for example, a pretreatment step in producing a cellulose-dispersed PE resin. The cellulose is well dispersed, and in addition, the cellulose can be easily dispersed, and the resin containing the cellulose and the molded product have characteristics of excellent tensile modulus and tensile strength. Moreover, since the technology provided by the present invention contributes to effective utilization of natural resources such as cellulose, it is environmentally friendly and can reduce fossil materials. Moreover, it is thought that the low specific gravity of a cellulose demonstrates an effect with the technique provided by this invention also at the point of weight reduction of a resin product. The cellulose-dispersed resin composition provided in the present invention is a housing for electrical components such as automobile members, televisions, telephones, watches, etc., a housing such as a mobile communication device such as a mobile phone, a printing device, a copying machine, a sports equipment, etc. It is useful for structural material applications such as, and is expected to be widely used.

Claims (11)

セルロースの樹脂中への分散性を高めた易分散性セルロース組成物であって、セルロースとポリオレフィンとからなり、前記セルロースが、セルロースナノファイバー及びセルロースナノクリスタルからなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロース繊維であり、前記ポリオレフィンが、ポリアルケンであり、カルボキシ基を有し、その酸価が50mgKOH/g以下で、且つ、その融点が80℃以上であり、前記セルロースを、質量基準で5%〜30%を含有することを特徴とする易分散性セルロース組成物。   An easily dispersible cellulose composition having improved dispersibility of cellulose in a resin, comprising cellulose and polyolefin, wherein the cellulose is selected from the group consisting of cellulose nanofibers and cellulose nanocrystals. A fiber, the polyolefin is a polyalkene, has a carboxy group, an acid value of 50 mgKOH / g or less, a melting point of 80 ° C. or more, and the cellulose in an amount of 5% to 30% by mass. % Easily dispersible cellulose composition characterized by containing. 前記セルロースが、さらに、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロース繊維を含む請求項1に記載の易分散性セルロース組成物。   The easily dispersible cellulose composition according to claim 1, wherein the cellulose further contains at least one cellulose fiber selected from the group consisting of pulp, lignocellulose, and wood flour. 前記ポリオレフィンのカルボキシ基が、前記セルロースの水酸基と反応してエステル結合を形成している請求項1又は2に記載の易分散性セルロース組成物。   The easily dispersible cellulose composition according to claim 1 or 2, wherein a carboxyl group of the polyolefin reacts with a hydroxyl group of the cellulose to form an ester bond. セルロースの樹脂中への分散性を高めた易分散性セルロース組成物の製造方法において、
カルボキシ基を有するポリアルケンであるポリオレフィンのポリオレフィンエマルジョンを、含水状態又は乾燥状態のセルロースと混合して、セルロースとポリオレフィンエマルジョンの混合水溶液を得た後、酸を添加してポリオレフィンを析出させる工程を有し、該工程で用いる前記ポリオレフィンエマルジョンが、酸価が50mgKOH/g以下であり、且つ、融点が80℃以上であるポリオレフィンをアルカリにて中和して水中に乳化してなる、その光散乱による粒子径測定機による平均粒子径が300nm以下のポリオレフィンエマルジョンであり、
前記セルロースが、セルロースナノファイバー及びセルロースナノクリスタルからなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロース繊維であり、
前記混合水溶液が、質量基準で、前記セルロース100部に対して、前記ポリオレフィンを233.3部〜1900部の範囲で含むことを特徴とする易分散性セルロース組成物の製造方法。
In the method for producing an easily dispersible cellulose composition having improved dispersibility of cellulose in a resin,
A polyolefin emulsion of a polyolefin, which is a polyalkene having a carboxy group, is mixed with water-containing or dried cellulose to obtain a mixed aqueous solution of cellulose and a polyolefin emulsion, and then an acid is added to precipitate the polyolefin. The polyolefin emulsion used in this step is formed by neutralizing a polyolefin having an acid value of 50 mg KOH / g or less and a melting point of 80 ° C. or more with an alkali and emulsifying the particles in water, and resulting particles by light scattering. A polyolefin emulsion having an average particle diameter of 300 nm or less measured by a diameter measuring machine,
The cellulose is at least one cellulose fiber selected from the group consisting of cellulose nanofibers and cellulose nanocrystals;
The method for producing an easily dispersible cellulose composition, wherein the mixed aqueous solution contains the polyolefin in a range of 233.3 parts to 1900 parts on a mass basis with respect to 100 parts of the cellulose.
前記セルロースが、さらに、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロース繊維を含む請求項4に記載の易分散性セルロース組成物の製造方法。   The method for producing an easily dispersible cellulose composition according to claim 4, wherein the cellulose further contains at least one cellulose fiber selected from the group consisting of pulp, lignocellulose, and wood flour. 前記混合水溶液中におけるセルロースの含有量が、質量基準で、3%以下である請求項4又は5に記載の易分散性セルロース組成物の製造方法。   The method for producing an easily dispersible cellulose composition according to claim 4 or 5, wherein a content of cellulose in the mixed aqueous solution is 3% or less on a mass basis. 前記ポリオレフィンを析出させる工程の後に、更に90℃以上の温度にて加熱する工程を有し、該加熱工程で、前記ポリオレフィンのカルボキシ基を、前記セルロースの水酸基と反応させて脱水縮合して、エステル結合を形成させる請求項〜6のいずれか1項に記載の易分散性セルロース組成物の製造方法。 After the step of precipitating the polyolefin, the method further comprises a step of heating at a temperature of 90 ° C. or higher, and in this heating step, the carboxy group of the polyolefin is reacted with the hydroxyl group of the cellulose to dehydrate and condense, The manufacturing method of the easily dispersible cellulose composition of any one of Claims 4-6 which forms a coupling | bonding. セルロースと樹脂との混合物であるセルロース分散樹脂組成物であって、前記セルロースが、請求項1〜3のいずれか1項に記載のセルロースの樹脂中への分散性を高めた易分散性セルロース組成物であり、且つ、組成物中に、質量基準で、セルロースを0.1%以上10%以下含有することを特徴とするセルロース分散樹脂組成物。   A cellulose-dispersed resin composition, which is a mixture of cellulose and a resin, wherein the cellulose has a highly dispersible cellulose composition in which the dispersibility of the cellulose according to any one of claims 1 to 3 is enhanced. A cellulose-dispersed resin composition comprising 0.1% or more and 10% or less of cellulose on a mass basis in the composition. 前記樹脂が、ポリアルケンであるポリオレフィンで、且つ、前記易分散性セルロース組成物を構成するポリオレフィンと同一骨格のポリマーである請求項8に記載のセルロース分散樹脂組成物。   The cellulose-dispersed resin composition according to claim 8, wherein the resin is a polyolefin that is a polyalkene and a polymer having the same skeleton as the polyolefin constituting the easily dispersible cellulose composition. セルロースと樹脂との混合物であるセルロース分散樹脂組成物を得るための製造方法であって、
カルボキシ基を有するポリアルケンである、その酸価が50mgKOH/g以下のポリオレフィンをアルカリにて中和したポリオレフィンエマルジョンを、含水状態又は乾燥状態のセルロースと混合して、セルロースとポリオレフィンエマルジョンとの混合水溶液を得る際に、前記セルロースに、セルロースナノファイバー及びセルロースナノクリスタルからなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロース繊維を用い、前記混合水溶液が、質量基準で、前記セルロース100部に対して、前記ポリオレフィンを233.3部〜1900部の範囲で含むようにし、且つ、前記混合水溶液に酸を添加してポリオレフィンを析出させて得たセルロースの樹脂中への分散性を高めた易分散性セルロース組成物を用い、
該易分散性セルロース組成物の製造に起因する液分を含んだまま樹脂と混合してセルロース分散樹脂組成物を得ることを特徴とするセルロース分散樹脂組成物の製造方法。
A production method for obtaining a cellulose-dispersed resin composition, which is a mixture of cellulose and resin,
Polyolefin emulsion having a carboxy group, which is a polyolefin emulsion obtained by neutralizing a polyolefin having an acid value of 50 mgKOH / g or less with an alkali, is mixed with cellulose in a water-containing state or in a dry state, and a mixed aqueous solution of cellulose and polyolefin emulsion is prepared. In obtaining the cellulose, at least one cellulose fiber selected from the group consisting of cellulose nanofibers and cellulose nanocrystals is used as the cellulose, and the mixed aqueous solution is based on mass, and the polyolefin is added to 100 parts of the cellulose. An easily dispersible cellulose composition having an increased dispersibility in a resin of cellulose obtained by adding an acid to the mixed aqueous solution and precipitating polyolefin by adding an acid to the mixed aqueous solution in the range of 233.3 parts to 1900 parts. Use
A method for producing a cellulose-dispersed resin composition, comprising mixing with a resin while containing a liquid component resulting from the production of the easily dispersible cellulose composition to obtain a cellulose-dispersed resin composition.
前記ポリオレフィンエマルジョンが、融点が80℃以上であるポリオレフィンをアルカリにて中和して水中に乳化してなる、その光散乱による粒子径測定機による平均粒子径が300nm以下であるポリオレフィンエマルジョンである請求項10に記載のセルロース分散樹脂組成物の製造方法。   The polyolefin emulsion is a polyolefin emulsion in which a polyolefin having a melting point of 80 ° C. or more is neutralized with an alkali and emulsified in water, and an average particle size measured by a particle size measuring device by light scattering is 300 nm or less. Item 11. A method for producing a cellulose-dispersed resin composition according to Item 10.
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