JP6948633B2 - Manufacturing method of composite molded material using bagasse fiber - Google Patents
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Description
本発明は、サトウキビの搾り残渣であるバガス繊維とポリプロピレンを混錬したコンポジット成形材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a composite molded material obtained by kneading bagasse fiber, which is a squeezed residue of sugar cane, and polypropylene.
近年、サトウキビの搾り残渣であるバガス繊維とポリプロピレンを混練してコンポジットペレットを作製後、射出成形あるいは熱プレスすることで得られる植物繊維複合材の生産が行われている。
バガス繊維は、高強度、軽量でありながら、安価に大量に入手でき、また、ポリプロピレンは、汎用性の高いプラスチックの中で最も比重が小さく、耐熱性、耐久性に優れ、これも安価で入手できることから、バガス繊維とポリプロピレンによる複合材は、安価なコンポジット成形材として様々な分野での利用が期待できる。
しかし、粗水性であるポリプロピレンと親水性であるバガス繊維は、もともと混練しても馴染みは良くない。
そこで、無水マレイン酸によりグラフト重合された変性ポリプロピレンをバガス繊維とポリプロピレンに混練して繊維と樹脂の密着性を改善して、バガス繊維とポリプロピレンによるコンポジット成形材の剛性、強度および衝撃値を増加させる方法が知られている(特許文献1)。
In recent years, a plant fiber composite material obtained by kneading bagasse fiber, which is a squeezed residue of sugar cane, and polypropylene to prepare a composite pellet and then injection molding or heat pressing has been carried out.
Bagasse fiber has high strength and light weight, but can be obtained in large quantities at low cost. Polypropylene has the lowest specific gravity among versatile plastics, has excellent heat resistance and durability, and is also available at low cost. Therefore, the composite material made of bagasse fiber and polypropylene can be expected to be used in various fields as an inexpensive composite molding material.
However, polypropylene, which is crude water, and bagasse fiber, which is hydrophilic, are not well-adapted even if they are kneaded from the beginning.
Therefore, modified polypropylene graft-polymerized with maleic anhydride is kneaded into bagasse fiber and polypropylene to improve the adhesion between the fiber and the resin, and increase the rigidity, strength and impact value of the composite molded material made of the bagasse fiber and polypropylene. The method is known (Patent Document 1).
ところが、乾燥状態のバガス繊維、ポリプロピレン、変性ポリプロピレンを混練するには、200℃前後という高温の加熱処理が必要であり、さらに、混練時に繊維同士の接触や、繊維とポリマー間、繊維と金属表面間の摩擦に起因した摩擦熱が発生する結果、バガス繊維が局所的に更に加熱されて熱分解を生じ、炭化したり、ポリマーが着色するなどして、金型を汚染するほか、不快な臭気を発するなどの問題があった。
そこで、本発明者は、バガス繊維に残留している糖分を温水により除去することで、金型の汚染を低減させ、コンポジット成形材の耐熱温度を50℃以上増加させる方法を見出した。
しかし、その方法によっても、サトウキビ特有の甘い臭気が残留してしまうほか、空気中の水分を吸湿して表面に凹凸が生じ、平滑性の劣化を低減できないことから、例えば、自動車の内装部品などの身近な製品に利用されるまでには至っていない。
However, in order to knead dried bagus fibers, polypropylene, and modified polypropylene, heat treatment at a high temperature of around 200 ° C is required, and during kneading, the fibers come into contact with each other, and between the fibers and the polymer, and between the fibers and the metal surface. As a result of the frictional heat generated due to the friction between the fibers, the bagus fibers are locally further heated to cause thermal decomposition, which contaminates the mold by carbonizing or coloring the polymer, and also has an unpleasant odor. There was a problem such as issuing.
Therefore, the present inventor has found a method of reducing the contamination of the mold and increasing the heat resistant temperature of the composite molded material by 50 ° C. or more by removing the sugar remaining in the bagasse fiber with warm water.
However, even with this method, the sweet odor peculiar to sugar cane remains, and the surface becomes uneven due to moisture absorption in the air, which makes it impossible to reduce the deterioration of smoothness. Therefore, for example, automobile interior parts, etc. It has not yet been used in familiar products.
本発明は、上記観点からなされたものであり、サトウキビの搾り残渣であるバガス繊維とポリプロピレンを混練して成形したコンポジット成形材であって、表面が滑らかで、サトウキビ特有の甘い臭気が除去されたコンポジット成形材を提供することを課題とする。 The present invention has been made from the above viewpoint, and is a composite molding material formed by kneading bagasse fiber, which is a squeezed residue of sugar cane, and polypropylene. The surface is smooth and the sweet odor peculiar to sugar cane is removed. An object of the present invention is to provide a composite molded material.
なお、特許文献2には、植物繊維に樹脂材を複合させた植物繊維強化熱可塑性樹脂材の着色の進行および異臭の発生を防ぎ、金型表面に付着するヤニ状成分を低減する発明が開示されているが、当該発明における植物繊維とは、果実や油分が除去された後のパームヤシ果房の残渣の繊維のことであるから、本願発明が目的とするバガス繊維とは、搾汁後に残留する油分あるいは糖分等の化学組成の点で異なる。
つまり、特許文献2に係る発明において目的としている異臭の低減とは、植物繊維強化熱可塑性樹脂材の製造過程における「焦げ」に起因して発生する異臭を対象とするものであり、本願発明が目的とするバガス繊維のように「残留する糖分」に起因して発生するサトウキビ特有の甘い臭気とは異なる。
In addition,
That is, the reduction of offensive odor, which is the object of the invention according to
本発明に係るバガス繊維によるコンポジット成形材の製造方法は、
バガス繊維を、
無水酢酸に浸漬させて加熱することでアセチル化(バガス繊維の水酸基をアセチル基に変換)した後、
ポリプロピレンと混練してコンポジットを射出成形または熱プレスすることで、
表面の平滑性を維持しつつ、サトウキビ特有の甘い臭気が大幅に減臭されたコンポジット成形材を得られる
ことを特徴とする。
The method for producing a composite molded material using bagasse fibers according to the present invention is as follows.
Bagasse fiber,
After acetylation (converting the hydroxyl groups of bagasse fibers into acetyl groups) by immersing them in acetic anhydride and heating them,
By kneading with polypropylene and injection molding or heat pressing the composite
It is characterized in that a composite molded material in which the sweet odor peculiar to sugar cane is significantly reduced while maintaining the smoothness of the surface can be obtained.
1)本発明に係るコンポジット成形材は、従来の植物繊維複合材に比べ、吸水が抑制されることで、表面粗さ(Rz)の経時的な増加が抑えられ、平滑性の劣化を低減できる。
2)本発明に係るコンポジット成形材は、アセチル化処理の前にアルカリ処理を行うことで、従来の植物繊維複合材に比べて、経時的な機械的性質の劣化が抑制され、更なる機械的性質を向上できる。
3)本発明に係るコンポジット成形材は、従来のバガス繊維複合材に比べ、その物性を損なうことなく成形材表面の平滑性が維持されるとともに、サトウキビ特有の甘い臭気を大幅に緩和し、刺激臭も抑えられることから、居住空間や人が触れる製品(例えば建材や自動車の内装部品など)への利用も可能になる。
1) Compared with the conventional plant fiber composite material, the composite molded material according to the present invention suppresses water absorption, so that an increase in surface roughness (Rz) over time can be suppressed and deterioration of smoothness can be reduced. ..
2) The composite molded material according to the present invention is subjected to an alkali treatment before the acetylation treatment, so that deterioration of mechanical properties over time is suppressed as compared with the conventional plant fiber composite material, and further mechanical The nature can be improved.
3) Compared with the conventional bagasse fiber composite material, the composite molding material according to the present invention maintains the smoothness of the molding material surface without impairing its physical properties, and significantly reduces the sweet odor peculiar to sugarcane and stimulates it. Since the odor is also suppressed, it can be used for living spaces and products that people touch (for example, building materials and interior parts of automobiles).
(実施例1)
1.本発明に係るバガス繊維によるコンポジット成形材の製造方法を、以下のとおり説明する。
(Example 1)
1. 1. A method for producing a composite molded material using bagasse fibers according to the present invention will be described below.
(1)バガス繊維の篩い分け
バガス繊維を、メッシュ18(平均繊維長:3.00mm、平均繊維幅:0.4mm)を使って篩い分けた。
(1) Sieving of bagasse fibers Bagasse fibers were sieved using mesh 18 (average fiber length: 3.00 mm, average fiber width: 0.4 mm).
(2)脱糖処理
篩い分けたバガス繊維を、繊維重量の20倍量の水(イオン交換水、80℃)に10分間浸漬させて洗浄した。
これを2回繰り返すことで、バガス繊維に含まれる残留糖分を除去することができる。
その後、バガス繊維を、80℃の定温乾燥機(強制対流方式)で、24時間乾燥させた。
なお、この脱糖処理は、常温の水よりも高温の水(熱水)に浸漬させて行うほうが脱糖の効果は高い。
また、本実施例では、脱糖処理は、後記するアセチル化処理の前に行っているが、アセチル化処理の後に行うこともでき、その場合でも脱糖の効果は同様に得られる。
(2) Desugarization treatment The filtered bagasse fibers were washed by immersing them in 20 times the weight of the fibers (ion-exchanged water, 80 ° C.) for 10 minutes.
By repeating this twice, the residual sugar contained in the bagasse fiber can be removed.
Then, the bagasse fiber was dried for 24 hours in a constant temperature dryer (forced convection method) at 80 ° C.
It should be noted that this desalination treatment is more effective in desalting by immersing it in hot water (hot water) than in water at room temperature.
Further, in this example, the desalination treatment is performed before the acetylation treatment described later, but it can also be performed after the acetylation treatment, and even in that case, the effect of desalination can be obtained in the same manner.
(3)アセチル化処理の前処理
乾燥させたバガス繊維を、繊維重量の20倍量の酢酸(80℃)に1時間浸漬させ、酢酸から取り出したバガス繊維を常温の無水酢酸に1分間浸漬させた。
(3) Pretreatment for acetylation treatment Dried bagasse fibers are immersed in acetic acid (80 ° C.), which is 20 times the weight of the fibers, for 1 hour, and the bagasse fibers taken out from acetic acid are immersed in acetic anhydride at room temperature for 1 minute. rice field.
(4)アセチル化処理
バガス繊維を無水酢酸に浸漬させた状態で120℃に熱し続けた(以下、この加熱処理を「アセチル化処理」という。)。
本実施例における「アセチル化」とは、水酸基をアセチル基に変換することを意味し、ピリジン、塩化亜鉛、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、ジメチルホルムアミド、トリフルオロ酢酸等の触媒を用いることもできる。
また、バガス繊維の水酸基をアセチル基に変換できれば、本実施例における「アセチル化処理」以外にも、エステル化、カルバメート化、ホルマール化、エポキシ化、アルデヒド化、無機質複合化などの種々の処理によっても代用できる。
なお、アセチル化処理の処理時間(加熱時間)は、加熱時間とバガス繊維の重量変化との関係を調べるため、0、0.5、1、2、3、4時間に設定してそれぞれ行った。
(4) Acetylation Treatment The bagasse fiber was immersed in acetic anhydride and kept heated to 120 ° C. (hereinafter, this heat treatment is referred to as "acetylation treatment").
"Acetylation" in this example means converting a hydroxyl group into an acetyl group, and catalysts such as pyridine, zinc chloride, sodium acetate, potassium acetate, dimethylformamide, and trifluoroacetic acid can also be used.
Further, if the hydroxyl group of the bagasse fiber can be converted into an acetyl group, in addition to the "acetylation treatment" in this example, various treatments such as esterification, carbamate formation, formalization, epoxidation, aldehyde formation, and inorganic compounding can be performed. Can also be substituted.
The treatment time (heating time) of the acetylation treatment was set to 0, 0.5, 1, 2, 3, and 4 hours in order to investigate the relationship between the heating time and the weight change of the bagasse fiber.
アセチル化処理の後、水(イオン交換水)で洗浄し、定温乾燥機(強制対流方式)で24時間乾燥した。
乾燥後、バガス繊維の重量を測定し、アセチル化処理の前後の重量変化から重量増加率を算出した。
バガス繊維のアセチル化処理による重量増加結果は次のとおりである。
After the acetylation treatment, it was washed with water (ion-exchanged water) and dried in a constant temperature dryer (forced convection method) for 24 hours.
After drying, the weight of the bagasse fiber was measured, and the weight increase rate was calculated from the weight change before and after the acetylation treatment.
The results of weight increase due to the acetylation treatment of bagasse fibers are as follows.
図1は、アセチル化処理の加熱時間毎の重量増加率を表したグラフである。
グラフの縦軸はバガス繊維の重量増加率を示し、横軸は加熱時間を示している。
この結果から、加熱時間を長くするほどバガス繊維の重量増加率が上昇する傾向にあることが判明した。
しかし、加熱時間が2時間のときのバガス繊維の重量増加率は、アセチル化処理前の乾燥バガス繊維と比較して15%を上回っているが、加熱時間が3時間、4時間のときと比べても大差がないことが判明した。
さらに、アセチル化処理の前処理である、無水酢酸による常温での浸漬を1分間ではなく数時間にした試料「A」や、アセチル化処理の加熱時間を21時間にした試料「B」についても、バガス繊維の重量増加率に大きい変化は見られなかった。
アセチル化することでセルロース中の水酸基がアセチル基に置換されるため、分子量の違いからバガス繊維の重量は増加すると予想していたが、加熱時間が2時間を超えてもバガス繊維の重量増加率に変化が見られなかったのは、セルロースの3つの水酸基全てがアセチル基に置換される結果、トリアセチルセルロースとなり、これ以上反応することができなくなったためだと推測される。
この結果から、バガス繊維のアセチル化処理(官能基を置換させるための処理)に必要な、バガス繊維を無水酢酸に浸漬させた状態での加熱時間は、2時間以上必要であり、2〜4時間が適当であるといえる。
FIG. 1 is a graph showing the rate of weight increase for each heating time of the acetylation treatment.
The vertical axis of the graph shows the weight increase rate of the bagasse fiber, and the horizontal axis shows the heating time.
From this result, it was found that the weight increase rate of the bagasse fiber tends to increase as the heating time is lengthened.
However, the weight increase rate of the bagasse fiber when the heating time is 2 hours is more than 15% as compared with the dried bagasse fiber before the acetylation treatment, but as compared with the case where the heating time is 3 hours and 4 hours. But it turned out that there was no big difference.
Further, the sample "A" in which the pretreatment of the acetylation treatment, that is, the immersion with acetic anhydride at room temperature was made several hours instead of one minute, and the sample "B" in which the heating time of the acetylation treatment was made 21 hours were also obtained. , There was no significant change in the weight increase rate of bagasse fiber.
Since the hydroxyl group in cellulose is replaced with acetyl group by acetylation, it was expected that the weight of bagus fiber would increase due to the difference in molecular weight, but the weight increase rate of bagus fiber even if the heating time exceeds 2 hours. It is presumed that the reason why no change was observed was that all three hydroxyl groups of cellulose were replaced with acetyl groups, resulting in triacetyl cellulose, and no further reaction was possible.
From this result, the heating time in the state where the bagasse fiber is immersed in acetic anhydride, which is necessary for the acetylation treatment of the bagasse fiber (the treatment for substituting the functional group), is required to be 2 hours or more, and 2 to 4 It can be said that the time is appropriate.
(5)複合ペレットの作製
乾燥させたバガス繊維を、混練機でポリプロピレンペレットと混練(温度210℃、バガス繊維とポリプロピレンの混合比率は40wt%)し、複合ペレットを作製した。
なお、バガス繊維を混錬させる母材は、本実施例ではポリプロピレンを用いたが、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、オレフィン系樹脂であれば好適に使用できる。
(5) Preparation of Composite Pellet The dried bagasse fiber was kneaded with polypropylene pellet in a kneader (temperature 210 ° C., mixing ratio of bagasse fiber and polypropylene was 40 wt%) to prepare a composite pellet.
Although polypropylene was used as the base material for kneading the bagasse fiber in this embodiment, any polyester resin, polyamide resin, or olefin resin can be preferably used.
(6)コンポジット成形材の作製
複合ペレットを、プレス成形機でプレスし、直径30mm、厚さ1mm程度の円形コンポジットを作製した。
プレスは、温度200℃、圧力50kgf/cm2で1分間、その後100kgf/cm2に圧力をあげて4分間行った。
その後、水で5分間冷却した。
なお、本実施例では、コンポジット成形材を熱プレスによって作製しているが、射出成形など種々の方法でも作製できる。
(6) Preparation of Composite Molding Material The composite pellet was pressed with a press molding machine to prepare a circular composite having a diameter of about 30 mm and a thickness of about 1 mm.
The press was carried out at a temperature of 200 ° C. and a pressure of 50 kgf / cm2 for 1 minute, and then increased to 100 kgf / cm2 for 4 minutes.
Then, it was cooled with water for 5 minutes.
In this embodiment, the composite molding material is produced by hot pressing, but it can also be produced by various methods such as injection molding.
2.作製したコンポジット成形材に対する各試験の説明と試験結果は、次のとおりである。 2. The description and test results of each test for the produced composite molded material are as follows.
(1)表面粗さ試験
コンポジット成形材の表面粗さに関する経時変化を観察した。
図2は、バガス繊維を脱糖処理のみ行い、アセチル化処理をしなかったコンポジット成形材を撮影した写真であり、図3は、バガス繊維を脱糖処理後にアセチル化処理したコンポジット成形材を撮影した写真である。
また、図2及び3の「(A)0day」は、コンポジット成形材の作製当日に撮影した写真であり、図2及び3の「(B)7th day」は、コンポジット成形材作製後7日目(1週間目)に撮影した写真である。
写真は、コンポジット成形材の表面に光を当てて、表面の状態が分かるように撮影した。
バガス繊維を脱糖処理のみ行い、アセチル化処理をしなかったコンポジット成形材は、作製後1週間でバガス繊維が表面に大きく露出していることが確認できた。
それに対して、バガス繊維を脱糖処理後にアセチル化処理したコンポジット成形材は、作製後1週間経過しても表面に大きな変化は見られなかった。
アセチル化処理によって表面の凹凸変形が抑制できていることが肉眼でも明確に確認できた。
(1) Surface Roughness Test The change over time with respect to the surface roughness of the composite molded material was observed.
FIG. 2 is a photograph of a composite molding material in which bagasse fibers are only deglycerated and not acetylated, and FIG. 3 is a photograph of a composite molding material in which bagasse fibers are acetylated after being desaccharideted. It is a photograph.
Further, "(A) 0 day" in FIGS. 2 and 3 is a photograph taken on the day of preparation of the composite molded material, and "(B) 7th day" in FIGS. 2 and 3 is the 7th day after the production of the composite molded material. This is a picture taken in (1st week).
The photograph was taken by shining light on the surface of the composite molding material so that the state of the surface could be seen.
It was confirmed that the bagasse fibers were largely exposed on the surface of the composite molded material in which the bagasse fibers were only dessaccharide-treated and not acetylated one week after the production.
On the other hand, the surface of the composite molded material obtained by acetylating the bagasse fiber after the sugar removal treatment did not show a large change even one week after the preparation.
It was clearly confirmed with the naked eye that the uneven deformation of the surface could be suppressed by the acetylation treatment.
図4及び5は、コンポジット成形材の、作製直後と、作製後12週間水に浸漬させたときとで、表面粗さを比較したグラフである。
特に、図4は、バガス繊維を脱糖処理のみ行い、アセチル化処理を行わなかったコンポジット成形材に対する結果であり、図5は、バガス繊維を脱糖処理後にアセチル化処理したコンポジット成形材に対する結果である。
バガス繊維を脱糖処理のみ行い、アセチル化処理をしなかったコンポジット成形材は、図4のとおり、水に12週間浸漬させると表面が粗くなるのに対し、バガス繊維を脱糖処理後にアセチル化処理したコンポジット成形材は、図5のとおり、水に12週間浸漬させても表面の粗さに殆ど変化は無かった。
FIGS. 4 and 5 are graphs comparing the surface roughness of the composite molded material immediately after production and when immersed in water for 12 weeks after production.
In particular, FIG. 4 shows the results for the composite molded material in which the bagasse fibers were subjected to only the sugar removal treatment and not the acetylation treatment, and FIG. 5 shows the results for the composite molding material in which the bagasse fibers were acetylated after the sugar removal treatment. Is.
As shown in FIG. 4, the surface of the composite molding material obtained by subjecting the bagasse fiber only to the sugar removal treatment and not the acetylation treatment becomes rough when immersed in water for 12 weeks, whereas the bagasse fiber is acetylated after the sugar removal treatment. As shown in FIG. 5, the treated composite molding material had almost no change in surface roughness even when immersed in water for 12 weeks.
図6は、コンポジット成形材を水に浸漬させた後の時間経過毎の表面粗さ及び吸水率を表したグラフである。
グラフの左縦軸は表面粗さ(Rz)を示し、右縦軸は吸水率を示す。
アセチル化処理を全くしていないコンポジット成形材(「Acetylation 0h」)と、アセチル化処理を4時間したコンポジット成形材(「Acetylation 4h」)との結果から、アセチル化処理をしたことで、表面粗さ(Rz)は約75%、吸水率は約58%、それぞれ抑制できることが分かった。
これは、アセチル化処理によってセルロース中の水酸基がアセチル基に置換される結果、細胞壁のポリマーによる水素結合が抑制され、細胞壁中の水分の吸着が減少した結果、吸水率が抑制されたと推測される。
また、水分の吸脱着による細胞壁の膨張・収縮の可逆変化が減少したことで繊維そのものの寸法安定効果が生じ、同時に吸水によるスプリングバックの発生が減少したため、表面粗さ(Rz)が低減されたと推測される。
FIG. 6 is a graph showing the surface roughness and the water absorption rate for each time elapsed after the composite molding material was immersed in water.
The left vertical axis of the graph shows the surface roughness (Rz), and the right vertical axis shows the water absorption rate.
Based on the results of the composite molding material that has not been acetylated at all (“Acetylation 0h”) and the composite molding material that has been acetylated for 4 hours (“
It is presumed that this is because the hydroxyl group in the cellulose was replaced with an acetyl group by the acetylation treatment, the hydrogen bond by the polymer in the cell wall was suppressed, and the adsorption of water in the cell wall was reduced, so that the water absorption rate was suppressed. ..
In addition, it is said that the surface roughness (Rz) was reduced because the reversible change in the expansion and contraction of the cell wall due to the absorption and desorption of water was reduced, which produced the dimensional stabilization effect of the fiber itself, and at the same time, the occurrence of springback due to water absorption was reduced. Guessed.
(2)曲げ試験
図7は、コンポジット成形材の時間経過に伴う機械的性質の変化を表したグラフである。
グラフの左縦軸は曲げ弾性係数、右縦軸は曲げ強度を示している。
コンポジット成形材を、作製直後から水に浸漬させ、1週間、12週間経過した時の機械的性質について試験した。
アセチル化処理を全くしていないコンポジット成形材(「Acetylation 0h」)と、アセチル化処理を4時間したコンポジット成形材(「Acetylation 4h」)との結果から、アセチル化処理をしたことで、機械的性質の劣化を抑制できることが分かった。
しかし、アセチル化処理をしても、水に12週間浸漬させると機械的性質が劣化することも確認できた。
図6の吸水率の試験結果のとおり、アセチル化処理を4時間したコンポジット成形材は、アセチル化処理をしなかったコンポジット成形材に比べて、水に浸漬させてから約400h(約16日)の間、約6%吸水率が増加した状態が続いていることから、アセチル化処理を4時間することで、水に浸漬させてから400h経過するまでの間、吸水による繊維の膨張やスプリングバックが発生していたと推測される。
それによってバガス繊維が変形し、母材(本実施例では「ポリプロピレン」)とバガス繊維との接着性が弱化することで機械的性質が劣化したと推測される。
しかし、アセチル化処理を4時間したコンポジット成形材は、アセチル化処理をしなかったコンポジット成形材と比べると、表面粗さ(Rz)の増加は約75%少ないことから、バガス繊維の変形も、アセチル化処理をしなかったコンポジット成形材と比べると微少であったと推測される。
このことから、アセチル化処理をすることで、機械的性質の劣化が抑制されることは明らかに認めることができる。
(2) Bending test FIG. 7 is a graph showing changes in mechanical properties of the composite molded material over time.
The left vertical axis of the graph shows the flexural modulus, and the right vertical axis shows the bending strength.
The composite molded material was immersed in water immediately after production and tested for mechanical properties after 1 week and 12 weeks.
Based on the results of the composite molding material that has not been acetylated at all (“Acetylation 0h”) and the composite molding material that has been acetylated for 4 hours (“
However, it was also confirmed that even after the acetylation treatment, the mechanical properties deteriorate when immersed in water for 12 weeks.
As shown in the water absorption test result of FIG. 6, the composite molded material that had been subjected to the acetylation treatment for 4 hours had about 400 hours (about 16 days) after being immersed in water as compared with the composite molded material that had not been subjected to the acetylation treatment. During this period, the water absorption rate has continued to increase by about 6%. Therefore, by acetylating for 4 hours, the fibers expand and spring back due to water absorption until 400 hours have passed since they were immersed in water. Is presumed to have occurred.
It is presumed that this deforms the bagasse fiber and weakens the adhesiveness between the base material (“polypropylene” in this embodiment) and the bagasse fiber, thereby deteriorating the mechanical properties.
However, since the increase in surface roughness (Rz) of the composite molded material that has been subjected to the acetylation treatment for 4 hours is about 75% less than that of the composite molded material that has not been subjected to the acetylation treatment, the bagasse fiber is also deformed. It is presumed that the amount was very small compared to the composite molding material that was not acetylated.
From this, it can be clearly recognized that the deterioration of the mechanical properties is suppressed by the acetylation treatment.
図8は、バガス繊維に対する処理の違いがもたらすコンポジット成形材の機械的性質への影響を示したグラフである。
試料の違い(バガス繊維に対する処理の違い)は、次のとおりである。
(A)脱糖処理のみ行い、アセチル化処理をしなかったコンポジット成形材
(B)脱糖処理後、アセチル化処理を4時間行ったコンポジット成形材
(C)脱糖処理後、アルカリ処理のみ行い、アセチル化処理を行わなかったコンポジット成形材
(D)脱糖処理後、アルカリ処理したうえで、アセチル化処理を4時間行ったコンポジット成形材
FIG. 8 is a graph showing the effect of different treatments on bagasse fibers on the mechanical properties of the composite molded material.
The differences in the samples (differences in the treatment of bagasse fibers) are as follows.
(A) Composite molding material that has been subjected to only deglycation treatment and not acetylation treatment (B) Composite molding material that has been subjected to acetylation treatment for 4 hours after deglycation treatment (C) After sugar treatment, only alkali treatment is performed. , Composite molding material not subjected to acetylation treatment (D) Composite molding material subjected to acetylation treatment for 4 hours after being subjected to alkali treatment after sugar removal treatment.
本実施例における「アルカリ処理」とは、バガス繊維と水酸化ナトリウム水溶液5%を1:20の重量割合で混ぜ、45分間100℃で熱したうえ、水で洗浄する処理を3回繰り返した工程を意味する。
なお、「アルカリ処理」の目的は解繊であるため、水酸化ナトリウム以外に、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウムを代用することもできる。
また、ミルサーやウォータージェット等の機械的な力で粉砕、粉砕したり、爆砕する方法(例えば、バガス繊維を圧力釜の中で180〜230℃の水蒸気で一定時間、加熱加圧した後、瞬時にバルブを開けて水蒸気とともに釜から放出させる方法)も使用できる。
The "alkali treatment" in this example is a process in which bagasse fibers and 5% of an aqueous sodium hydroxide solution are mixed at a weight ratio of 1:20, heated at 100 ° C. for 45 minutes, and then washed with water three times. Means.
Since the purpose of the "alkali treatment" is defibration, potassium hydroxide, calcium hydroxide, and sodium carbonate can be substituted in addition to sodium hydroxide.
In addition, a method of crushing, crushing, or blasting with a mechanical force such as a miller or a water jet (for example, after heating and pressurizing a bagus fiber with steam at 180 to 230 ° C for a certain period of time in a pressure cooker, it is instantaneous. A method of opening the valve and discharging it from the kettle together with water vapor) can also be used.
(B)、(C)、(D)のいずれも、(A)と比較して、機械的性質が向上していた。
さらに、(D)は、(A)と比べて、曲げ弾性係数が約1.25倍、曲げ強度が約1.5倍、それぞれ上昇した。
これは、アルカリ処理によってセルロース繊維間を強固に吸着しているリグニンが除去され、解繊により、バガス繊維が細繊化されたことで、バガス繊維とポリプロピレンの界面接着性が改善し、機械的性質が向上したと推測できる。
アセチル化によって親水性を有する水酸基が疎水性を有するアセチル基で置換されるため、水に対する親和性が低下してバガス繊維同士の凝集力が弱化し、機械的物性に悪影響を及ぼしていたバガス繊維同士の塊が減少する結果、バガス繊維とポリプロピレンとの分散性が増し、機械的性質が向上したと推測される。
また、アルカリ処理により解繊されたバガス繊維がアセチル化処理により疎水変性することで、凝集することなく均一に分散したため、機械的性質が更に向上したと推測される。
All of (B), (C), and (D) had improved mechanical properties as compared with (A).
Further, in (D), the flexural modulus was increased by about 1.25 times and the bending strength was increased by about 1.5 times, respectively, as compared with (A).
This is because the lignin that is strongly adsorbed between the cellulose fibers is removed by the alkali treatment, and the bagasse fibers are defibrated by defibration, which improves the interfacial adhesion between the bagasse fibers and polypropylene and is mechanical. It can be inferred that the properties have improved.
Since the hydrophilic hydroxyl group is replaced by the hydrophobic acetyl group by acetylation, the affinity for water is lowered and the cohesive force between the bagasse fibers is weakened, which adversely affects the mechanical properties of the bagasse fibers. It is presumed that as a result of the reduction of lumps between the bags, the dispersibility between the bagasse fiber and the polypropylene was increased and the mechanical properties were improved.
Further, it is presumed that the bagasse fibers defibrated by the alkali treatment were hydrophobically modified by the acetylation treatment and uniformly dispersed without agglutination, so that the mechanical properties were further improved.
(3)顕微鏡観察
図9乃至12は、バガス繊維を脱糖処理のみ行い、アセチル化処理をしなかったコンポジット成形材を、その作製後12週間水に浸漬させて、表面を複数個所撮影した顕微鏡写真である。
図9の写真からは、バガス繊維は表面に露出しておらず、バガス繊維とポリプロピレンが接着していることが確認でき、図10の写真からは、バガス繊維が表面に露出しており、バガス繊維とポリプロピレンとの間に間隙が生じていることが確認できる。
また、図11及び12の写真からは、1本のバガス繊維が線状に裂けている様子が確認できる。
図11及び12の写真のような状態になったのは、バガス繊維が吸水によって膨張し、表面に露出すると同時に、ポリプロピレンによって固定されたバガス繊維が膨張する力に耐え切れず、裂けてしまったのではないかと推測される。
これらの観察結果から、バガス繊維は吸水すると膨張し、コンポジット成形材の表面に露出して表面粗さを増加させる原因になっていることが分かった。
また、撮影した箇所によって表面の状態に違いが見られたのは、混練・プレス成形時にポリプロピレンに偏りが生じたためだと推測される。
つまり、ポリプロピレンが多い箇所では、コンポジット成形材の表面がポリプロピレンに覆われることでバガス繊維の吸水が阻まれ、バガス繊維の膨張が抑制されたために図9の写真のようにバガス繊維が表面に露出せず、逆に、ポリプロピレンが少ない箇所では、ポリプロピレンがバガス繊維の吸水を阻むことができなくなるため、吸水したバガス繊維が膨張して図10乃至12の写真のようにバガス繊維が表面に露出したと推測される。
(3) Microscopic observation FIGS. 9 to 12 show a microscope in which bagasse fibers were subjected to only deglycation treatment and no acetylation treatment was performed, and a composite molding material was immersed in water for 12 weeks after its preparation, and the surfaces were photographed at a plurality of locations. It is a photograph.
From the photograph of FIG. 9, it can be confirmed that the bagasse fiber is not exposed on the surface and the bagasse fiber and polypropylene are adhered to each other, and from the photograph of FIG. 10, the bagasse fiber is exposed on the surface and bagasse. It can be confirmed that a gap is formed between the fiber and polypropylene.
Further, from the photographs of FIGS. 11 and 12, it can be confirmed that one bagasse fiber is torn linearly.
The state shown in the photographs of FIGS. 11 and 12 was caused by the bagasse fibers expanding due to water absorption and being exposed to the surface, and at the same time, the bagasse fibers fixed by polypropylene could not withstand the expanding force and were torn. It is speculated that it may be.
From these observation results, it was found that the bagasse fiber expands when it absorbs water and is exposed on the surface of the composite molding material, which causes an increase in surface roughness.
In addition, it is presumed that the difference in the surface condition was observed depending on the photographed part because the polypropylene was biased during kneading and press molding.
That is, in a place where there is a lot of polypropylene, the surface of the composite molding material is covered with polypropylene to prevent the bagasse fibers from absorbing water, and the expansion of the bagasse fibers is suppressed, so that the bagasse fibers are exposed on the surface as shown in the photograph of FIG. On the contrary, in the place where the amount of polypropylene is small, the bagasse fiber cannot prevent the water absorption of the bagasse fiber, so that the absorbed bagasse fiber expands and the bagasse fiber is exposed on the surface as shown in the photographs of FIGS. 10 to 12. It is presumed.
図13乃至16は、バガス繊維を脱糖処理後にアセチル化処理をしたコンポジット成形材を、その作製後12週間水に浸漬させて、表面を複数個所撮影した顕微鏡写真である。
図13乃至16の写真中、バガス繊維に沿って間隙が生じている箇所が幾つかあるが、これはバガス繊維の膨張によってバガス繊維とポリプロピレンとが剥離して間隙が生じたためであると推測される。
また、図15の写真は、バガス繊維が表面に露出しているが、同図の写真の他の箇所や図15以外の写真には、バガス繊維の露出は確認できなかった。
また、図13乃至16の写真からは、バガス繊維が線状に裂けている状態は確認できず、いずれの図の写真からもバガス繊維がポリプロピレンと接着していることが確認できた。
これらの結果から、バガス繊維を脱糖処理後にアセチル化処理をしたコンポジット成形材は、バガス繊維を脱糖処理のみ行い、アセチル化処理をしなかったコンポジット成形材と比べ、吸水によるバガス繊維の膨張が少なかったために、コンポジット成形材の表面にバガス繊維が露出することが少なく、コンポジット成形材の表面粗さが抑制されていることが分かった。
FIGS. 13 to 16 are photomicrographs of a composite molded material obtained by acetylating bagasse fibers after dessaccharideization treatment, and immersing the composite molding material in water for 12 weeks after its preparation, and taking photographs of a plurality of surfaces thereof.
In the photographs of FIGS. 13 to 16, there are some places where gaps are formed along the bagasse fibers, and it is presumed that this is because the bagasse fibers and polypropylene are separated from each other due to the expansion of the bagasse fibers to form gaps. NS.
Further, in the photograph of FIG. 15, the bagasse fiber was exposed on the surface, but the exposure of the bagasse fiber could not be confirmed in other parts of the photograph of the same figure or in the photographs other than FIG.
Further, from the photographs of FIGS. 13 to 16, the state in which the bagasse fibers were linearly split could not be confirmed, and from the photographs of any of the figures, it was confirmed that the bagasse fibers were adhered to polypropylene.
From these results, the composite molding material obtained by acetylating the bagasse fiber after the sugar removal treatment has expanded the bagasse fiber due to water absorption as compared with the composite molding material in which the bagasse fiber is only subjected to the sugar removal treatment and not subjected to the acetylation treatment. It was found that the bagasse fibers were less exposed on the surface of the composite molding material and the surface roughness of the composite molding material was suppressed.
(4)臭気官能試験
作製したコンポジット成形材の臭いを評価するため、臭気官能試験を行った。
臭気官能試験は、次の表1(臭気強度表示法)、表2(快・不快度表示法)、表3(特徴ごとの臭い強度)の3つの表の基準に基づき行った。
The odor sensory test was carried out based on the criteria in the following three tables: Table 1 (odor intensity display method), Table 2 (pleasure / discomfort degree display method), and Table 3 (odor intensity for each feature).
臭気官能試験に用いた試験片は、作製してから約3週間経過したコンポジット成形材を、次の2とおりの条件にしたがって加熱したものを用いた。
(ア)初期
試験片を、容器に入れて蓋を閉めた密閉状態で、80℃で1時間加熱した後、室温まで冷ました。
(イ)経時
試験片を、容器に入れて蓋を開けた開放状態で、80℃で98時間加熱した後、容器の蓋を閉めて密閉状態にしてから、更に1時間80℃で加熱した後、室温まで冷ました。
As the test piece used for the odor sensory test, a composite molded material that had been produced for about 3 weeks and heated according to the following two conditions was used.
(A) The initial test piece was placed in a container, heated at 80 ° C for 1 hour in a closed state with the lid closed, and then cooled to room temperature.
(B) After putting the test piece over time in a container and heating it at 80 ° C for 98 hours with the lid open, closing the container lid to seal it, and then heating it at 80 ° C for another 1 hour. , Cooled to room temperature.
図17及び18は、臭気官能試験の結果を示した表であり、図17は「(ア)初期」の試験片を、図18は「(イ)経時」の試験片を用いた試験結果である。
各表中、「強度」は臭気強度表示法による評価を、「快・不快度」は快・不快度表示法による評価を、「におい特徴」は特徴ごとの臭い強度による評価を、それぞれ示している。
また、各表中、「未処理」は脱糖処理もアセチル化処理もしていないコンポジット成形材を、「脱糖処理」は脱糖処理のみして加熱乾燥し、アセチル化処理をしていないコンポジット成形材を、「アセチル化処理 真空乾燥」は脱糖処理したバガス繊維をアセチル化処理(加熱時間は4時間)したのちに真空乾燥したコンポジット成形材を、「アセチル化処理 水洗い→加熱乾燥」は脱糖処理したバガス繊維をアセチル化処理(加熱時間は4時間)したのちに水洗い洗浄して加熱乾燥したコンポジット成形材を、それぞれ示している。
17 and 18 are tables showing the results of the odor sensory test, FIG. 17 shows the test results using the “(a) initial” test piece, and FIG. 18 shows the test results using the “(b) time-lapse” test piece. be.
In each table, "intensity" indicates the evaluation by the odor intensity display method, "pleasant / unpleasant degree" indicates the evaluation by the pleasant / unpleasant degree display method, and "odor characteristic" indicates the evaluation based on the odor intensity for each feature. There is.
In each table, "untreated" is a composite molding material that has not been desalted or acetylated, and "degreased" is a composite that has only been desalted and dried by heating and has not been acetylated. Acetylation-treated vacuum-dried molding material is a composite molding material that is acetylated (heating time is 4 hours) and then vacuum-dried, and "acetylation-treated water-washing → heat-drying" is The composite molding materials obtained by acetylating (heating time: 4 hours) the deglycerated bagus fibers, washing them with water, and drying them by heating are shown.
この結果から、「未処理」、「脱糖処理」、「アセチル化処理」の順で「強度」、「快・不快度」が共に大幅に低減していることが分かる。
また、「におい特徴」は、「未処理」は非常に甘い黒糖のような臭いが強く、全体的に吐き気のする不快な臭気であったが、未処理バガス繊維を「脱糖処理」することで甘い臭いや吐き気のする臭いが軽減され、さらに「アセチル化処理」することで甘い臭いをはじめとした臭い全体が低減したが、刺激臭のような臭いが僅かながら感じられた。
しかし、「アセチル化処理 水洗い→加熱乾燥」の結果から、アセチル化処理後にバガス繊維を水洗いすることで刺激臭が消失することが確認できた。
From this result, it can be seen that "strength" and "pleasantness / discomfort" are all significantly reduced in the order of "untreated", "degreasing treatment", and "acetylation treatment".
In addition, the "odor characteristic" was that the "untreated" had a very sweet brown sugar-like odor, which was an unpleasant odor that caused nausea as a whole. The sweet odor and nauseous odor were alleviated, and the "acetylation treatment" reduced the overall odor including the sweet odor, but a slight pungent odor was felt.
However, from the results of "acetylation treatment washing with water → heat drying", it was confirmed that the pungent odor disappeared by washing the bagasse fibers with water after the acetylation treatment.
バガス繊維には、セルロース48%、ヘミセルロース25%、リグニン12%がそれぞれ含まれるが、これらの熱分解温度は、セルロースが315〜400℃、ヘミセルロースが160〜900℃、リグニンが220〜315℃であり、コンポジット成形材成形時の温度が約200℃〜220℃であることから、成形時にヘミセルロース、リグニンが熱分解されている可能性があると考える。
ヘミセルロースは、熱分解されるとキシロース、アラビノース、グルコース、ヒドロキシメチルフルフラール、フルフラールになり、フルフラールは甘い臭いを放出する原因となる可能性がある。
リグニンは、熱分解されるとメトキシフェノール及びその誘導体であるグアイアコール、シリンゴールになるが、シリンゴール、グアイアコールは成形時の焦げの発生による黒色化や焦げ臭さの原因となる可能性がある。
「脱糖処理」の試験片に甘い臭いや焦げ臭さが感じられたのは、ヘミセルロース及びリグニンが熱分解により、臭いの原因となる成分を放出したためだと考えられる。
バガス繊維は、セルロースやヘミセルロースに水酸基をもつことから親水特性を有するため、乾燥終了後の混練やプレス時の僅かな時間で吸湿して、成形時には、細胞壁に吸着した水分が蒸気となって熱分解を促進した可能性があると推測される。
また、アセチル化処理によりバガス繊維中の水酸基がアセチル基に置換され、疎水変性したことで水分の吸着が抑えられ、蒸気による熱分解の促進が抑制されたことから、甘い臭いや焦げ臭さが緩和されたのではないかと推測される。
また、アセチル化処理によって発生した刺激臭は、アセチル化処理後の水洗いによって緩和されたことから、アセチル化処理に使用された酢酸成分がバガス繊維に残留していたことが原因であると考えられる。
Bagasse fibers contain 48% cellulose, 25% hemicellulose, and 12% lignin, respectively. The thermal decomposition temperatures of these are 315 to 400 ° C for cellulose, 160 to 900 ° C for hemicellulose, and 220 to 315 ° C for lignin. Since the temperature at the time of molding the composite molding material is about 200 ° C to 220 ° C, it is considered that hemicellulose and lignin may be thermally decomposed at the time of molding.
Hemicellulose is pyrolyzed to xylose, arabinose, glucose, hydroxymethylfurfural, furfural, which can cause a sweet odor.
When lignin is thermally decomposed, it becomes methoxyphenol and its derivatives guaiacol and guaiacol, but syringol and guaiacol may cause blackening and a burning odor due to the generation of charring during molding.
It is probable that hemicellulose and lignin released the components that cause the odor by thermal decomposition, which caused the sweet odor and burnt odor to be felt in the test piece of the "degreasing treatment".
Bagasse fibers have hydrophilic properties because they have hydroxyl groups in cellulose and hemicellulose, so they absorb moisture in a short time during kneading and pressing after drying, and during molding, the water adsorbed on the cell wall becomes vapor and heat. It is presumed that the decomposition may have been promoted.
In addition, the hydroxyl group in the bagasse fiber was replaced with an acetyl group by the acetylation treatment, and the hydrophobic denaturation suppressed the adsorption of water and suppressed the promotion of thermal decomposition by steam, resulting in a sweet odor and a burnt odor. It is speculated that it may have been alleviated.
In addition, the pungent odor generated by the acetylation treatment was alleviated by washing with water after the acetylation treatment, and it is considered that the acetic acid component used in the acetylation treatment remained in the bagasse fiber. ..
3.まとめ
以上のとおり、バガス繊維をアセチル化処理することで次の結果が得られた。
最大で約58%の吸水抑制効果が得られ、コンポジット成形材の表面粗さ(Rz)の経時的な増加が抑制される(最大約75%)。
経時的な機械的性質の劣化が抑制され、アルカリ処理後にアセチル化処理を行えば、更なる機械的性質の向上効果が得られる。
脱糖処理後のアセチル化処理を段階的に行うことでバガス繊維とポリプロピレンとのコンポジット成形材成形品の臭いが緩和され、さらにバガス繊維をアセチル化後に水洗いすれば刺激臭も抑えられる。
したがって、バガス繊維をアセチル化処理することで、従来のバガス繊維複合材料の物性を損なうことなく吸水性を抑制することが可能であるため、コンポジット成形材成形体の表面を平滑に維持しつつ、サトウキビ特有の甘い臭気を大幅に低減できることから、例えば、自動車の内装部品などへの利用も可能になる。
3. 3. Summary As described above, the following results were obtained by acetylating the bagasse fiber.
A maximum of about 58% of water absorption suppressing effect can be obtained, and an increase in surface roughness (Rz) of the composite molded material over time is suppressed (up to about 75%).
Deterioration of mechanical properties over time is suppressed, and if acetylation treatment is performed after alkali treatment, a further effect of improving mechanical properties can be obtained.
The odor of the molded product of the composite molded material of bagasse fiber and polypropylene is alleviated by performing the acetylation treatment stepwise after the sugar removal treatment, and further, the irritating odor can be suppressed by washing the bagasse fiber with water after acetylation.
Therefore, by acetylating the bagasse fiber, it is possible to suppress water absorption without impairing the physical properties of the conventional bagasse fiber composite material, so that the surface of the composite molded material molded body can be kept smooth while maintaining a smooth surface. Since the sweet odor peculiar to sugar cane can be significantly reduced, it can be used for interior parts of automobiles, for example.
(実施例2)
1.本発明に係るバガス繊維によるコンポジット成形材の製造方法を、以下のとおり説明する。
(Example 2)
1. 1. A method for producing a composite molded material using bagasse fibers according to the present invention will be described below.
(1)バガス繊維の篩い分け
バガス繊維を、メッシュ18(平均繊維長:3.00mm、平均繊維幅:0.4mm)を使って篩い分けた。
(1) Sieving of bagasse fibers Bagasse fibers were sieved using mesh 18 (average fiber length: 3.00 mm, average fiber width: 0.4 mm).
(2)乾燥処理
バガス繊維を、80℃の定温乾燥機(強制対流方式)で乾燥させた。
乾燥時間による重量増加率を調べるために、乾燥時間を適宜変えて乾燥させた。
(2) Drying treatment The bagasse fibers were dried at a constant temperature dryer (forced convection method) at 80 ° C.
In order to examine the rate of weight increase due to the drying time, the drying time was appropriately changed.
(3)脱糖処理
バガス繊維を、繊維重量の20倍量の水(イオン交換水、80℃)に10分間浸漬させて洗浄した。
これにより、バガス繊維に含まれる残留糖分を除去することができる。
(3) The deglycerated bagasse fiber was washed by immersing it in 20 times the weight of the fiber (ion-exchanged water, 80 ° C.) for 10 minutes.
Thereby, the residual sugar contained in the bagasse fiber can be removed.
(4)アセチル化処理の前処理
脱糖させたバガス繊維を、繊維重量の20倍量の無水酢酸に1分間浸漬させた。
(5)アセチル化処理
笊を用いてバガス繊維から無水酢酸をきり、無水酢酸がバガス繊維にしみこんでいる状態で、オイルバス(120℃)で加熱した。
加熱時間による重量増加への影響を調べるため、加熱時間を適宜変えて加熱した。
なお、アセチル化処理には、無水酢酸とともにピリジンを用いることができ、その場合、加熱温度を下げることができる。
ピリジンは、約1.0%以下の添加割合でも十分効果があるが、添加割合が少ないとアセチル化されるまでの加熱時間が長く必要になる。
(4) Pretreatment of Acetylation Treatment The deglycerated bagasse fiber was immersed in acetic anhydride in an
(5) Acetic anhydride was removed from the bagasse fiber using an acetylated bamboo basket, and the bagasse fiber was soaked with acetic anhydride and heated in an oil bath (120 ° C.).
In order to investigate the effect of the heating time on the weight increase, the heating time was appropriately changed.
In addition, pyridine can be used together with acetic anhydride for the acetylation treatment, and in that case, the heating temperature can be lowered.
Pyridine is sufficiently effective even at an addition ratio of about 1.0% or less, but if the addition ratio is small, a long heating time until acetylation is required.
(6)洗浄処理
アセチル化処理後、バガス繊維をイオン交換水で洗浄し、定温乾燥機(強制対流方式)で24時間乾燥させた。
(6) Washing treatment After the acetylation treatment, the bagasse fibers were washed with ion-exchanged water and dried in a constant temperature dryer (forced convection method) for 24 hours.
(7)湯漬け処理
乾燥後のバガス繊維を、80℃のイオン交換水に最大2時間浸してバガス繊維に残った無水酢酸を除去したあと、定温乾燥機(強制対流方式)にて24時間乾燥させた。
(7) Soaking in hot water The dried bagasse fibers are immersed in ion-exchanged water at 80 ° C. for up to 2 hours to remove acetic anhydride remaining on the bagasse fibers, and then dried in a constant temperature dryer (forced convection method) for 24 hours. I let you.
乾燥後のバガス繊維の重量を測定し、アセチル化処理の前後の重量変化をもとに重量増加率を算出した。
重量増加率は、次式により算出する。
W1=((Wafter−Wbefore)/Wbefore)×100(%)
W1:重量増加率(%)
Wafter:アセチル化処理後のバガス繊維の重量(g)
Wbefore:アセチル化処理前のバガス繊維の重量(g)
The weight of the bagasse fiber after drying was measured, and the weight increase rate was calculated based on the weight change before and after the acetylation treatment.
The weight increase rate is calculated by the following formula.
W 1 = ((W after −W before ) / W before ) × 100 (%)
W 1 : Weight increase rate (%)
W after : Weight of bagasse fiber after acetylation treatment (g)
W before : Weight of bagasse fiber before acetylation treatment (g)
(8)複合ペレットの作製
乾燥させたバガス繊維を、混練機でポリプロピレンペレットと混練(温度200℃、バガス繊維とポリプロピレンの混合比率は40wt%)し、複合ペレットを作製した。
なお、バガス繊維を混錬させる母材は、本実施例ではポリプロピレンを用いたが、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、オレフィン系樹脂であれば好適に使用できる。
(8) Preparation of Composite Pellet The dried bagasse fiber was kneaded with polypropylene pellet in a kneader (temperature 200 ° C., mixing ratio of bagasse fiber and polypropylene was 40 wt%) to prepare a composite pellet.
Although polypropylene was used as the base material for kneading the bagasse fiber in this embodiment, any polyester resin, polyamide resin, or olefin resin can be preferably used.
(9)コンポジット成形材の作製
複合ペレットを、プレス成形機でプレスし、直径30mm、厚さ1mm程度の円形コンポジットを作製した。
プレスは、温度200℃、圧力100kgf/cm2で5分間行い、その後、水で5分間冷却した。
なお、本実施例では、コンポジット成形材を熱プレスによって作製しているが、射出成形など種々の方法でも作製できる。
(9) Preparation of Composite Molding Material The composite pellet was pressed with a press molding machine to prepare a circular composite having a diameter of about 30 mm and a thickness of about 1 mm.
The press was performed at a temperature of 200 ° C. and a pressure of 100 kgf / cm 2 for 5 minutes, and then cooled with water for 5 minutes.
In this embodiment, the composite molding material is produced by hot pressing, but it can also be produced by various methods such as injection molding.
上記工程で作製したコンポジットを幅15mm程度の矩形状にカットし、三点曲げ試験による強度評価を行った。
曲げ応力の実測値は、次式で計算した。
矩形断面試験片の曲げ応力を以下に示す。
σ=3FmaxL/2bh3
Lは支点間距離(21mm)であり、b及びhは作製したコンポジットの幅及び厚みである。
Fmaxは、破断直前の最大荷重である。
曲げ弾性率の実測値は、次式で算出した。
単純支持梁の中央に1点集中荷重がかかった場合の曲げ弾性係数を以下に示す。
E=(L3/4bh3)×(ΔF/ΔS)
ΔF:荷重増加量
ΔS:変位増加量
The composite produced in the above step was cut into a rectangular shape having a width of about 15 mm, and the strength was evaluated by a three-point bending test.
The measured value of bending stress was calculated by the following formula.
The bending stress of the rectangular cross-section test piece is shown below.
σ = 3F max L / 2bh 3
L is the distance between fulcrums (21 mm), and b and h are the width and thickness of the produced composite.
F max is the maximum load immediately before rupture.
The measured value of flexural modulus was calculated by the following formula.
The flexural modulus when a one-point concentrated load is applied to the center of the simple support beam is shown below.
E = (L 3 / 4bh 3 ) × (ΔF / ΔS)
ΔF: Load increase amount ΔS: Displacement increase amount
2.作製したコンポジット成形材に対する各試験の説明と試験結果は、次のとおりである。 2. The description and test results of each test for the produced composite molded material are as follows.
(1)乾燥実験
図19は、アセチル化未処理のバガス繊維を、定温乾燥機(80℃)で乾燥させ、時間経過による水分減少率(={(乾燥前の重量−乾燥後の重量)÷乾燥前の乾燥重量}×100)を表したグラフである。
グラフの縦軸は、バガス繊維に含まれる水分の減少率を示し、横軸は乾燥時間を示している。
12時間乾燥させるとバガス繊維全重量中の水分が10%減少していることがわかった。
また、乾燥を始めてから1時間までに全重量中の水分の8%が減少した。
(1) Drying Experiment In FIG. 19, bagasse fibers that have not been acetylated are dried in a constant temperature dryer (80 ° C.), and the rate of decrease in water content over time (= {(weight before drying-weight after drying) ÷ It is a graph showing the dry weight before drying} × 100).
The vertical axis of the graph shows the reduction rate of the water content in the bagasse fiber, and the horizontal axis shows the drying time.
It was found that after drying for 12 hours, the water content in the total weight of the bagasse fiber was reduced by 10%.
In addition, 8% of the total weight of water decreased by 1 hour after the start of drying.
(2)乾燥時間ごとのバガス繊維のアセチル化反応率
図20は、1回目の乾燥時間を1時間毎に最大6時間乾燥させたバガス繊維と、12時間乾燥させたバガス繊維を用いて、アセチル化処理時間を2時間に固定し、各乾燥時間の重量増加率(={(アセチル化処理後の乾燥重量−アセチル化処理前の乾燥重量)÷アセチル化前の乾燥重量}×100)を測定した結果を表したグラフである。
なお、この測定に用いた試料は、脱糖処理をアセチル化処理後の洗浄処理と同時に行っている。
グラフの縦軸は、重量増加率を示し、横軸は乾燥時間を示している。
未乾燥バガス繊維の重量増加率が2.25%と、他よりも低い値を示した。
これは、未乾燥状態で無水酢酸に浸漬させたことで、バガス繊維中の水分が無水酢酸と反応してアセチル化が阻害されたためであると考えられる。
1時間以上乾燥させたバガス繊維に対する重量増加率に1%以上の変化はみられなかった。
これは、上記(1)の乾燥実験の測定結果も踏まえると、1時間以上乾燥させたバガス繊維に含まれる水分量に大きな差がなかったためであると考える。
(2) Acetylation reaction rate of bagus fiber for each drying time FIG. 20 shows acetylation using bagas fiber dried for a maximum of 6 hours every hour for the first drying time and bagus fiber dried for 12 hours. The acetylation treatment time was fixed at 2 hours, and the weight increase rate of each drying time (= {(dry weight after acetylation treatment-dry weight before acetylation treatment) ÷ dry weight before acetylation} × 100) was measured. It is a graph showing the result of the above.
In the sample used for this measurement, the desalination treatment is performed at the same time as the washing treatment after the acetylation treatment.
The vertical axis of the graph shows the weight increase rate, and the horizontal axis shows the drying time.
The weight increase rate of the undried bagasse fiber was 2.25%, which was lower than the others.
It is considered that this is because the water in the bagasse fiber reacted with acetic anhydride and acetylation was inhibited by immersing the bagasse fiber in acetic anhydride in an undried state.
There was no change of 1% or more in the weight increase rate with respect to the bagasse fiber dried for 1 hour or more.
It is considered that this is because there was no significant difference in the amount of water contained in the bagasse fibers dried for 1 hour or more, based on the measurement results of the drying experiment in (1) above.
(3)アセチル化処理時間ごとのバガス繊維の重量変化
バガス繊維を12時間乾燥させたあと、アセチル化処理を1時間毎に6時間までと、さらに6時間(計12時間)行った結果の重量変化を調べた。
図21は、上記(2)の実験と同様に、脱糖処理を洗浄処理と同時に行い、各アセチル化処理時間ごとのバガス繊維の重量増加率を測定した結果を表したグラフである。
グラフの縦軸は重量増加率を示し、横軸はアセチル化の処理時間を示している。
アセチル化の処理時間が長くなるにつれて重量増加率が高くなる傾向にある。
アセチル化処理をすることによって、バガス繊維に含まれるセルロース中の水酸基がアセチル基に置換されることによって重量が増加していると考えるが、4時間の処理時間を境に、重量増加率に1.25%以上の変化が見られないのは、セルロース中の水酸基がすべてアセチル基に置換したためと推測する。
また、12時間の重量増加率と、2時間から6時間までの各重量増加率とは、その差は2.25%以内であった。
この結果から、脱糖処理を洗浄処理と同時に行っても、2時間以上アセチル化処理をしたバガス繊維の重量増加率には、大きな変化がみられないことが分かった。
(3) Weight change of bagasse fiber for each acetylation treatment time After drying the bagasse fiber for 12 hours, the weight of the result of acetylation treatment for up to 6 hours every hour and for another 6 hours (12 hours in total). I investigated the changes.
FIG. 21 is a graph showing the results of measuring the weight increase rate of bagasse fibers for each acetylation treatment time by performing the desalination treatment at the same time as the washing treatment in the same manner as in the experiment (2) above.
The vertical axis of the graph shows the rate of weight increase, and the horizontal axis shows the acetylation treatment time.
The rate of weight increase tends to increase as the acetylation treatment time increases.
It is considered that the weight is increased by substituting the hydroxyl groups in the cellulose contained in the bagus fiber with acetyl groups by the acetylation treatment, but the weight increase rate is 1.25 after the treatment time of 4 hours. It is presumed that the reason why the change of% or more is not seen is that all the hydroxyl groups in the cellulose are replaced with acetyl groups.
The difference between the 12-hour weight gain rate and each weight gain rate from 2 hours to 6 hours was within 2.25%.
From this result, it was found that the weight increase rate of the bagasse fiber subjected to the acetylation treatment for 2 hours or more did not change significantly even if the desalination treatment was performed at the same time as the washing treatment.
(4)各臭気抑制処理プロセスごとのコンポジットの機械的性質の変化
図22は、各臭気抑制処理プロセスごとに異なるコンポジット成形材(試料1〜3)の機械的性質の変化を比較したグラフである。
グラフの左縦軸は曲げ弾性係数を、右縦軸は曲げ強度を示し、横軸は試料を示している。
試料1〜3の各処理プロセスは、次のとおりである。
試料1:脱糖処理のみ
試料2:脱糖処理後、アセチル化処理
試料3:アセチル化処理後、脱糖処理
(4) Changes in Mechanical Properties of Composite for Each Odor Control Treatment Process FIG. 22 is a graph comparing changes in mechanical properties of composite molding materials (
The left vertical axis of the graph shows the flexural modulus, the right vertical axis shows the bending strength, and the horizontal axis shows the sample.
Each processing process of
Sample 1: Acetylation treatment only Sample 2: Acetylation treatment after acetylation treatment Sample 3: Acetylation treatment after acetylation treatment
試料1は、脱糖処理のみを行い、試料2は、脱糖処理後に、アセチル化、湯漬け処理を行い、試料3は、アセチル化後に脱糖処理、湯漬け処理を行ったものである。
アセチル化処理(4時間加熱)、脱糖処理は、全ての試料で同じ条件にした。
なお、図22の試験における「脱糖処理」とは、バガス繊維を重量比20倍のイオン交換水(80℃)に3回湯漬けした(各回30分)ことを意味する。
図22から明らかなように、試料1よりも試料2および試料3の機械的物性が高くなった。
これは、アセチル化処理したことにより、バガス繊維に含まれるセルロースが修飾され、アセチルセルロースに変化したためであると考える。
すなわち、アセチル化されたバガス繊維とポリプロピレンのような疎水性ポリマーとの界面接着強度は、親水性のバガス繊維のそれよりも増加したことが推測される。
試料3の、最初にアセチル化した試料が、脱糖処理後にアセチル化した試料2よりも機械的物性が高かった理由は明らかではないが、スクロースのような水溶性可溶性分がアセチル化され、その後に行った湯漬け処理後もバガス繊維に残留し、何らかの理由でポリプロピレンとバガス繊維の界面接着の改善に繋がったことが推測される。
The acetylation treatment (heating for 4 hours) and the desalination treatment were carried out under the same conditions for all the samples.
The "degreasing treatment" in the test of FIG. 22 means that the bagasse fiber was immersed in ion-exchanged water (80 ° C.) having a weight ratio of 20 times in hot water three times (30 minutes each time).
As is clear from FIG. 22, the mechanical properties of
It is considered that this is because the cellulose contained in the bagasse fiber was modified by the acetylation treatment and changed to acetyl cellulose.
That is, it is presumed that the interfacial adhesive strength between the acetylated bagasse fiber and the hydrophobic polymer such as polypropylene was higher than that of the hydrophilic bagasse fiber.
It is not clear why the first acetylated sample of
(5)コンポジット表面の顕微鏡観察
図23〜25は、上記(4)の実験の試料1のコンポジット成形材の表面状態を顕微鏡で撮影した写真である。
バガス繊維が表面に露出している部分は見られず、バガス繊維とポリプロピレンが接着している様子が確認できた。
また、観察を行った場所によって、バガス繊維とポリプロピレンの量に違いが見られた。
これは、プレス成形時、溶けだしたポリプロピレンがバガス繊維の少ない部分に流れ込んで成形されたことが原因だと考えられる。
図26〜28は、上記(4)の実験の試料3のコンポジット成形材の表面状態を顕微鏡で撮影した写真である。
試料1と同様、バガス繊維が表面に露出している部分は見られず、バガス繊維とポリプロピレンが接着している様子が確認できた。
また、試料1と同様、観察を行った場所によって、バガス繊維とポリプロピレンの量に違いが見られた。
(5) Microscopic observation of the composite surface FIGS. 23 to 25 are photographs of the surface state of the composite molding material of the
No part of the bagasse fiber was exposed on the surface, and it was confirmed that the bagasse fiber and polypropylene were adhered to each other.
In addition, the amounts of bagasse fiber and polypropylene differed depending on the place of observation.
It is considered that this is because the melted polypropylene flowed into the part where the bagasse fibers were scarce during press molding and was molded.
26 to 28 are photographs taken with a microscope of the surface state of the composite molded material of the
Similar to
Further, as in the case of
(6)臭気官能試験
作製したコンポジット成形材の臭いを評価するため、臭気官能試験を行った。
臭気官能試験は、実施例1に係る表1(臭気強度表示法)、表2(快・不快度表示法)、表3(特徴ごとの臭い強度)の3つの表の基準に基づいて行った。
臭気官能試験に用いた試験片は、ポリプロピレンのみ、アセチル化未処理バガス繊維、各処理プロセス毎のバガス繊維を用いたコンポジットの各試料を作製し、98時間80℃で加熱したものを用い、これを容器に入れて蓋で密閉して80℃で1時間加熱し、室温に戻したあと、臭気官能試験を行った。
(6) Odor Sensitivity Test An odor sensory test was conducted to evaluate the odor of the produced composite molding material.
The odor sensory test was carried out based on the criteria of the three tables of Table 1 (odor intensity display method), Table 2 (pleasant / unpleasant degree display method), and Table 3 (odor intensity for each feature) according to Example 1. ..
The test pieces used for the odor sensory test were polypropylene only, acetylated untreated bagasse fibers, and composite samples using bagasse fibers for each treatment process, which were heated at 80 ° C for 98 hours. Was placed in a container, sealed with a lid, heated at 80 ° C. for 1 hour, returned to room temperature, and then an odor sensory test was conducted.
図29〜33は、臭気官能試験の結果を示した表である。
図29のポリプロピレンのみで作製したコンポジット成形材は、におい強度、快・不快度、におい特徴の全てにおいて値が0(無臭)であった。
図30の未処理バガス繊維を用いたコンポジットにおいては、におい強度が1.81と、臭気官能試験中、最も高い値を示した。
脱糖処理もアセチル化処理も行わず、バガス繊維中に糖分が残留していたために、におい強度値が最も高かったのだと考える。
図31は、脱糖バガス繊維で作製したコンポジットの臭気官能試験の結果である。
脱糖処理を施すことによって、図30の未処理バガス繊維コンポジットよりも、におい強度値が約半分の0.54倍の値を示した。
図32は、実施例1の臭気抑制処理を施したバガス繊維コンポジットの臭気官能試験結果であり、図33は、実施例2の臭気抑制処理を施したバガス繊維コンポジットの臭気官能試験結果である。
図32、33ともに、アセチル化処理を施すことにより、におい強度は1以下を示し、におい特徴においても、甘さで0.1以下を示した。
この結果から、アセチル化処理を施すことにより、バガス特有の甘い臭気が緩和されることが分かった。
また、図33の結果から、実施例2のバガス繊維コンポジットは、におい強度が0.17、快・不快度0、におい特徴は焦げ以外0の値を示し、ほぼ無臭であるといえる。
FIGS. 29 to 33 are tables showing the results of the odor sensory test.
The composite molded material made only of polypropylene in FIG. 29 had a value of 0 (odorless) in all of odor strength, pleasantness / discomfort, and odor characteristics.
In the composite using the untreated bagasse fiber of FIG. 30, the odor intensity was 1.81, which was the highest value in the odor sensory test.
It is considered that the odor intensity value was the highest because the sugar content remained in the bagasse fiber without performing the sugar removal treatment or the acetylation treatment.
FIG. 31 shows the results of an odor sensory test of a composite made of defatted bagasse fiber.
By performing the sugar removal treatment, the odor intensity value was 0.54 times higher than that of the untreated bagasse fiber composite shown in FIG. 30.
FIG. 32 is the odor sensory test result of the bagasse fiber composite subjected to the odor suppression treatment of Example 1, and FIG. 33 is the odor sensory test result of the bagasse fiber composite subjected to the odor suppression treatment of Example 2.
Both FIGS. 32 and 33 showed an odor intensity of 1 or less and a sweetness of 0.1 or less in terms of odor characteristics by subjecting the acetylation treatment.
From this result, it was found that the sweet odor peculiar to bagasse was alleviated by the acetylation treatment.
Further, from the results of FIG. 33, it can be said that the bagasse fiber composite of Example 2 has an odor strength of 0.17, a pleasant / unpleasant degree of 0, and an odor characteristic of 0 other than charring, and is almost odorless.
3.まとめ
バガス繊維に含まれる水分量が少ないほど、アセチル化処理を施した際の重量増加率が増える傾向にある。
脱糖処理を洗浄処理と同時に行っても、アセチル化処理2時間以降で重量増加率に2.25%以上の変化がみられなかったことから、アセチル化処理時間は約2時間で十分である。
脱糖処理をアセチル化処理後に行うことで、弾性係数が増加した。
洗浄処理と2回目の乾燥処理を省いて、脱糖処理を湯漬け処理と同時に行っても、曲げ強度は1.7MPa以上の変化がみられなかった。
臭気官能試験の結果より、実施例2の処理プロセスによるコンポジット材は、実施例1の処理プロセスによるコンポジット材よりも、臭気を抑えられた。
以上の結果より、実施例2の処理プロセスによるバガス繊維複合材は、実施例1の処理プロセスによりバガス繊維複合材の物性を損なうことなく臭気を抑制することが可能であり、居住空間や人が触れる製品(例えば建材や自動車の内装部品など)への利用も可能になる。
3. 3. Summary The smaller the amount of water contained in the bagasse fiber, the higher the rate of weight increase when the acetylation treatment is applied.
Even if the desglycation treatment was performed at the same time as the washing treatment, the weight increase rate did not change by 2.25% or more after 2 hours of the acetylation treatment, so that the acetylation treatment time of about 2 hours is sufficient.
By performing the desalination treatment after the acetylation treatment, the elastic modulus was increased.
Even if the degassing treatment was performed at the same time as the hot water dipping treatment without the washing treatment and the second drying treatment, the bending strength did not change by 1.7 MPa or more.
From the results of the odor sensory test, the odor of the composite material obtained by the treatment process of Example 2 was suppressed as compared with that of the composite material obtained by the treatment process of Example 1.
From the above results, the bagasse fiber composite material obtained by the treatment process of Example 2 can suppress the odor without impairing the physical properties of the bagasse fiber composite material by the treatment process of Example 1, and the living space and people can be affected. It can also be used for touching products (for example, building materials and interior parts of automobiles).
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