JP7029125B2 - Method for manufacturing composite materials - Google Patents

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Description

本発明は、セルロースナノファイバーを用いた複合材料の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a composite material using cellulose nanofibers.

近年、天然セルロース繊維をナノサイズに解繊したセルロースナノファイバーが注目されている。天然セルロース繊維は、木材などのパルプを原料とするバイオマスであって、これを有効利用することによって、環境負荷低減が期待される。 In recent years, attention has been paid to cellulose nanofibers obtained by defibrating natural cellulose fibers into nano-sized fibers. Natural cellulose fiber is a biomass made from pulp such as wood, and it is expected that the environmental load will be reduced by effectively using it.

セルロースナノファイバーは、水分散液として市場に提供されているが、ゴム成分や合成樹脂との複合化のための加工が困難であった。セルロースナノファイバーは、水分散液から水を除去する乾燥工程において水素結合を形成して凝集するため、複合化過程において、セルロースナノファイバーが高度に解繊された状態で存在できず、複合材料をセルロースナノファイバーによって十分に補強することができなかった。 Cellulose nanofibers have been offered on the market as an aqueous dispersion, but it has been difficult to process them for compounding with a rubber component or a synthetic resin. Since the cellulose nanofibers form hydrogen bonds and aggregate in the drying step of removing water from the aqueous dispersion, the cellulose nanofibers cannot exist in a highly deflated state in the composite process, and the composite material is used. It could not be sufficiently reinforced by cellulose nanofibers.

そこで、セルロースナノファイバー水分散液とゴムラテックスまたは樹脂エマルジョンとを混合する方法が提案された(特許文献1,2参照)。 Therefore, a method of mixing a cellulose nanofiber aqueous dispersion with a rubber latex or a resin emulsion has been proposed (see Patent Documents 1 and 2).

しかしながら、これらの方法で製造された複合材料は、ゴムラテックスまたは樹脂エマルジョンの特性に影響されることがあった。また、ゴムラテックスまたは樹脂エマルジョンとして市場に流通していないゴムや樹脂への適用ができなかった。 However, the composite materials produced by these methods may be affected by the properties of the rubber latex or resin emulsion. In addition, it could not be applied to rubber or resin that is not on the market as rubber latex or resin emulsion.

特開2015-98576号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-98576 特開2016-29169号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-29169

本発明は、セルロースナノファイバーを複合化するための加工性に優れた繊維材料を用いた複合材料の製造方法を提供する。 The present invention provides a method for producing a composite material using a fiber material having excellent processability for composite of cellulose nanofibers.

[1]複合材料の製造方法の一態様は、
水系溶媒にセルロースナノファイバーが分散したセルロースナノファイバー水分散液とカチオン界面活性剤と多価アルコールとを混合してCNF分散液を得る工程と、
前記CNF分散液から水系溶媒を除去して繊維材料を得る乾燥工程と、
前記繊維材料をゴム成分と混合して複合材料を得る混合工程と、
を含み、
前記CNF分散液における前記セルロースナノファイバーに対する前記カチオン界面活性剤の質量比が0.1倍~2.0倍であり、
前記CNF分散液における前記セルロースナノファイバーに対する前記多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍である。
[1] One aspect of the method for producing a composite material is
A step of mixing a cellulose nanofiber aqueous dispersion in which cellulose nanofibers are dispersed in an aqueous solvent, a cationic surfactant, and a polyhydric alcohol to obtain a CNF dispersion.
A drying step of removing an aqueous solvent from the CNF dispersion to obtain a fiber material, and a drying step.
A mixing step of mixing the fiber material with a rubber component to obtain a composite material,
Including
The mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers in the CNF dispersion is 0.1 to 2.0 times.
The mass ratio of the polyhydric alcohol to the cellulose nanofibers in the CNF dispersion is 2.0 to 20.0 times.

[2]前記複合材料の製造方法の一態様において、
前記カチオン界面活性剤は、1級~3級のアミン塩及び4級アンモニウム塩のいずれか
1つ以上であることができる。
[2] In one aspect of the method for producing a composite material,
The cationic surfactant can be any one or more of a primary to tertiary amine salt and a quaternary ammonium salt.

[3]前記複合材料の製造方法の一態様において、
前記カチオン界面活性剤は、炭素数が10~18の長鎖アルキル基を有する4級アンモニウム塩であることができる。
[3] In one aspect of the method for producing a composite material,
The cationic surfactant can be a quaternary ammonium salt having a long-chain alkyl group having 10 to 18 carbon atoms.

[4]前記複合材料の製造方法の一態様において、
前記多価アルコールは、2価アルコール及び3価アルコールの少なくとも一方であることができる。
[4] In one aspect of the method for producing a composite material,
The polyhydric alcohol can be at least one of a dihydric alcohol and a trihydric alcohol.

[5]前記複合材料の製造方法の一態様において、
前記混合工程は、ロール間隔が0mmを超え0.5mm以下に設定されかつロール温度が0℃~50℃に設定されたオープンロールを用いて薄通しすることができる。
[5] In one aspect of the method for producing a composite material,
In the mixing step, an open roll having a roll interval of more than 0 mm and 0.5 mm or less and a roll temperature of 0 ° C. to 50 ° C. can be used for thinning.

[6]前記複合材料の製造方法の一態様において、
前記ゴム成分がニトリルゴムであることができる。
[6] In one aspect of the method for producing a composite material,
The rubber component can be nitrile rubber.

[7]前記複合材料の製造方法の一態様において、
前記ゴム成分がシリコーンゴムであることができる。
[7] In one aspect of the method for producing a composite material,
The rubber component can be silicone rubber.

[8]前記複合材料の製造方法の一態様において、
前記ゴム成分がスチレン・ブタジエンゴムであることができる。
[8] In one aspect of the method for producing a composite material,
The rubber component can be styrene-butadiene rubber.

[9]前記複合材料の製造方法の一態様において、
前記混合工程で得られる前記複合材料を加熱炉内で加熱するとともに、前記加熱炉内を脱気することにより、前記複合材料に残存する多価アルコールを除去する除去工程をさらに含むことができる。
[9] In one aspect of the method for producing a composite material,
A removal step of removing the polyhydric alcohol remaining in the composite material can be further included by heating the composite material obtained in the mixing step in a heating furnace and degassing the inside of the heating furnace.

前記複合材料の製造方法の一態様によれば、セルロースナノファイバーを複合化するための加工性に優れた繊維材料を用いて複合材料を製造することができる。 According to one aspect of the method for producing a composite material, the composite material can be produced using a fiber material having excellent processability for compositing cellulose nanofibers.

一実施形態に係る複合材料の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the composite material which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る複合材料の製造方法における混合工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mixing process in the manufacturing method of the composite material which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る複合材料の製造方法における混合工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mixing process in the manufacturing method of the composite material which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る複合材料の製造方法における混合工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mixing process in the manufacturing method of the composite material which concerns on one Embodiment. 実施例3の複合材料の引張破断面の電子顕微鏡写真を示す図である。It is a figure which shows the electron micrograph of the tensile fracture cross section of the composite material of Example 3. FIG. 実施例3の複合材料の引張破断面の電子顕微鏡写真を示す図である。It is a figure which shows the electron micrograph of the tensile fracture cross section of the composite material of Example 3. FIG. 比較例2の複合材料の引張破断面の電子顕微鏡写真を示す図である。It is a figure which shows the electron micrograph of the tensile fracture cross section of the composite material of the comparative example 2. 比較例2の複合材料の引張破断面の電子顕微鏡写真を示す図である。It is a figure which shows the electron micrograph of the tensile fracture cross section of the composite material of the comparative example 2. 実施例2及び比較例1の引張疲労試験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the tensile fatigue test of Example 2 and Comparative Example 1.

以下、複合材料の製造方法及び複合材料の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Hereinafter, a method for producing a composite material and a preferred embodiment of the composite material will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unreasonably limit the content of the present invention described in the claims. Moreover, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

A.複合材料の製造方法
図1は、一実施形態に係る複合材料の製造方法を示すフローチャートである。
A. Method for Manufacturing Composite Material FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a composite material according to an embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係る複合材料の製造方法は、CNF分散液を得る工程(S10)と、乾燥工程(S12)と、混合工程(S14)と、を含む。より具体的には、本実施形態に係る複合材料の製造方法は、水系溶媒にセルロースナノファイバーが分散したセルロースナノファイバー水分散液とカチオン界面活性剤と多価アルコールとを混合してCNF分散液を得る工程(S10)と、前記CNF分散液から水系溶媒を除去して繊維材料を得る乾燥工程(S12)と、前記繊維材料をゴム成分と混合する混合工程(S14)と、を含み、前記CNF分散液における前記セルロースナノファイバーに対する前記カチオン界面活性剤の質量比が0.1倍~2.0倍であり、前記CNF分散液における前記セルロースナノファイバーに対する前記多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍である。 As shown in FIG. 1, the method for producing a composite material according to the present embodiment includes a step of obtaining a CNF dispersion (S10), a drying step (S12), and a mixing step (S14). More specifically, in the method for producing a composite material according to the present embodiment, a cellulose nanofiber aqueous dispersion in which cellulose nanofibers are dispersed in an aqueous solvent, a cationic surfactant, and a polyhydric alcohol are mixed to form a CNF dispersion. (S10), a drying step (S12) for removing an aqueous solvent from the CNF dispersion to obtain a fiber material, and a mixing step (S14) for mixing the fiber material with a rubber component. The mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers in the CNF dispersion is 0.1 to 2.0 times, and the mass ratio of the polyvalent alcohol to the cellulose nanofibers in the CNF dispersion is 2. It is 0 to 20.0 times.

A-1.CNF分散液を得る工程(S10)
CNF分散液を得る工程(S10)は、水系溶媒にセルロースナノファイバーが分散したセルロースナノファイバー水分散液とカチオン界面活性剤と多価アルコールとを混合してCNF分散液を得る工程である。
A-1. Step of obtaining CNF dispersion liquid (S10)
The step (S10) for obtaining a CNF dispersion is a step of mixing a cellulose nanofiber aqueous dispersion in which cellulose nanofibers are dispersed in an aqueous solvent, a cationic surfactant, and a polyhydric alcohol to obtain a CNF dispersion.

CNF分散液を得る工程(S10)は、セルロースナノファイバー水分散液に所定量のカチオン界面活性剤と多価アルコールとを加え、公知の撹拌手段で混合することができる。撹拌手段としては、後述する微細化工程で用いられるものを採用することができる。 In the step (S10) of obtaining the CNF dispersion liquid, a predetermined amount of the cationic surfactant and the polyhydric alcohol can be added to the cellulose nanofiber aqueous dispersion liquid and mixed by a known stirring means. As the stirring means, those used in the miniaturization step described later can be adopted.

次に、CNF分散液を得る工程(S10)に用いる各原料について説明する。 Next, each raw material used in the step (S10) for obtaining the CNF dispersion liquid will be described.

A-1-1.セルロースナノファイバー
セルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が3nm~200nmであるセルロースの微細繊維である。セルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバー水分散液として提供される。該水分散液は、酸化セルロース繊維を含んでもよい。セルロースナノファイバーは、公知の種々の方法により得られたものも使用することが可能である。公知のセルロースナノファイバーの原料としては、木材等の植物性材料に由来するものでもよいし、植物性材料以外の例えばホヤなどの動物性材料やバクテリアなどの微生物に由来するものでもよい。また、植物性材料の原料を用いるセルロースナノファイバーの作成方法としては、例えば、原料に化学的処理を施して解繊しやすい状態にした後に機械的なせん断力による物理的処理を施して原料を解繊し製造したものや、高圧ホモジナイザー法、グラインダー摩砕法、凍結粉砕法、強剪断力混練法、ボールミル粉砕法など公知の機械的な高せん断力を用いた方法により物理的に原料を解繊し製造したものを使用することができる。
A-1-1. Cellulose nanofibers Cellulose nanofibers are fine fibers of cellulose having an average fiber diameter of 3 nm to 200 nm. Cellulose nanofibers are provided as cellulose nanofiber aqueous dispersions. The aqueous dispersion may contain oxidized cellulose fibers. As the cellulose nanofibers, those obtained by various known methods can also be used. The known raw material for the cellulose nanofibers may be derived from a plant material such as wood, or may be derived from an animal material such as sea squirt or a microorganism such as a bacterium other than the plant material. Further, as a method for producing cellulose nanofibers using a raw material of a vegetable material, for example, the raw material is chemically treated to make it easy to defibrate and then physically treated by a mechanical shearing force to prepare the raw material. The raw material is physically defibrated by a method using a known mechanical high shearing force such as a defibrated product, a high-pressure homogenizer method, a grinder grinding method, a freeze crushing method, a strong shearing force kneading method, and a ball mill crushing method. Shear and manufactured products can be used.

原料に化学的処理を施す方法としては、セルロースナノファイバーにイオン性官能基としてアニオン基を導入することができる。このようなイオン性官能基としては、例えば、カルボキシル基、スルホン基及びこれらに由来する基を挙げることができる。イオン性官能基が導入されたセルロースナノファイバーとしては、例えば、カルボキシメチル化CNF(セルロースナノファイバー)及び以下で詳述する酸化CNFなどを採用することができる。 As a method of chemically treating the raw material, an anionic group can be introduced into the cellulose nanofiber as an ionic functional group. Examples of such an ionic functional group include a carboxyl group, a sulfone group, and a group derived from these. As the cellulose nanofibers into which an ionic functional group has been introduced, for example, carboxymethylated CNF (cellulose nanofibers), oxidized CNF described in detail below, and the like can be adopted.

酸化セルロース繊維を含む水分散液は、例えば天然セルロース繊維を酸化して酸化セルロース繊維を得る酸化工程により製造することができる。 The aqueous dispersion containing the oxidized cellulose fiber can be produced, for example, by an oxidation step of oxidizing the natural cellulose fiber to obtain the oxidized cellulose fiber.

セルロースナノファイバーを含む水分散液は、例えば天然セルロース繊維を酸化して酸化セルロース繊維を得る酸化工程と、酸化セルロース繊維を微細化処理する微細化工程とを含む製造方法によって得ることができる。 The aqueous dispersion containing the cellulose nanofibers can be obtained by a production method including, for example, an oxidation step of oxidizing natural cellulose fibers to obtain oxidized cellulose fibers and a miniaturization step of refining the oxidized cellulose fibers.

まず、酸化工程は、原料となる天然セルロース繊維に対して水を加え、ミキサー等で処理して、水中に天然セルロース繊維を分散させたスラリーを調製する。ここで、天然セルロース繊維としては、例えば、木材パルプ、綿系パルプ、バクテリアセルロース等が含まれる。より詳細には、木材パルプとしては、例えば針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ等を挙げることができ、綿系パルプとしては、コットンリンター、コットンリントなどを挙げることができ、非木材系パルプとしては、麦わらパルプ、バガスパルプ等を挙げることができる。天然セルロース繊維は、これらの少なくとも1種以上を用いることができる。 First, in the oxidation step, water is added to the natural cellulose fiber as a raw material and treated with a mixer or the like to prepare a slurry in which the natural cellulose fiber is dispersed in water. Here, examples of natural cellulose fibers include wood pulp, cotton pulp, bacterial cellulose and the like. More specifically, examples of wood pulp include coniferous pulp, hardwood pulp and the like, examples of cotton pulp include cotton linter and cotton lint, and examples of non-wood pulp include cotton linter and cotton lint. Straw pulp, bagus pulp and the like can be mentioned. At least one of these can be used as the natural cellulose fiber.

天然セルロース繊維は、セルロースミクロフィブリル束とその間を埋めているリグニン及びヘミセルロースから構成された構造を有する。すなわち、セルロースミクロフィブリル及び/又はセルロースミクロフィブリル束の周囲をヘミセルロースが覆い、さらにこれをリグニンが覆った構造を有していると推測される。リグニンによってセルロースミクロフィブリル及び/又はセルロースミクロフィブリル束間は、強固に接着しており、植物繊維を形成している。そのため、植物繊維中のリグニンはあらかじめ除去されていることが、植物繊維中のセルロース繊維の凝集を防ぐことができるという点で好ましい。具体的には、植物繊維含有材料中のリグニン含有量は、通常40質量%程度以下、好ましくは10質量%程度以下である。また、リグニンの除去率の下限は、特に限定されるものではなく、0質量%に近いほど好ましい。なお、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。 The natural cellulose fiber has a structure composed of a cellulose microfibril bundle and lignin and hemicellulose filling the space between the bundles. That is, it is presumed that hemicellulose covers the circumference of the cellulose microfibrils and / or the cellulose microfibril bundle, and that the cellulose microfibrils are further covered with lignin. Cellulose microfibrils and / or cellulose microfibril bundles are firmly adhered to each other by lignin to form plant fibers. Therefore, it is preferable that the lignin in the plant fiber is removed in advance from the viewpoint that the aggregation of the cellulose fiber in the plant fiber can be prevented. Specifically, the lignin content in the plant fiber-containing material is usually about 40% by mass or less, preferably about 10% by mass or less. Further, the lower limit of the removal rate of lignin is not particularly limited, and it is preferable that it is close to 0% by mass. The lignin content can be measured by the Klason method.

セルロースミクロフィブリルとしては、繊維径3nm~4nm程のセルロースミクロフィブリルが最小単位として存在し、これをシングルセルロースナノファイバーと呼ぶことができる。セルロースナノファイバーとしては、天然セルロース繊維及び/又は酸化セルロース繊維をナノサイズレベルまで解きほぐしたものであり、特に繊維径の平均値が3nm~200nmであることができ、さらに3nm~150nmであることができ、特に3nm~100nmのセルロースミクロフィブリル及び/又はセルロースミクロフィブリル束であることができる。すなわち、セルロースナノファイバーは、シングルセルロースナノファイバー単体、またはシングルセルロースナノファイバーが複数本集まった束を含むことができる。ここで本明細書において「~」で示す数値範囲は上限と下限を含む。 As the cellulose microfibrils, cellulose microfibrils having a fiber diameter of about 3 nm to 4 nm exist as the smallest unit, and these can be called single cellulose nanofibers. The cellulose nanofibers are those obtained by unraveling natural cellulose fibers and / or oxidized cellulose fibers to the nano-size level, and in particular, the average value of the fiber diameter can be 3 nm to 200 nm, and further can be 3 nm to 150 nm. It can be, in particular, a cellulose microfibril and / or a cellulose microfibril bundle of 3 nm to 100 nm. That is, the cellulose nanofibers can include a single cellulose nanofiber alone or a bundle of a plurality of single cellulose nanofibers. Here, the numerical range indicated by "-" in the present specification includes an upper limit and a lower limit.

セルロースナノファイバーのアスペクト比(繊維長/繊維径)は、平均値で、10~1000であることができ、さらに10~500であることができ、特に100~350であることができる。 The aspect ratio (fiber length / fiber diameter) of the cellulose nanofibers can be 10 to 1000 on average, further 10 to 500, and particularly 100 to 350.

なお、セルロースナノファイバーの繊維径及び繊維長の平均値は、電子顕微鏡の視野内のセルロースナノファイバーの少なくとも50本以上について測定した算術平均値である。 The average value of the fiber diameter and the fiber length of the cellulose nanofibers is an arithmetic mean value measured for at least 50 or more cellulose nanofibers in the field of view of an electron microscope.

次に、酸化工程は、水中においてN-オキシル化合物を酸化触媒として天然セルロース繊維を酸化処理して酸化セルロース繊維を得る。酸化工程としては、セルロースを酸化する公知の方法を採用することができる。セルロースの酸化触媒として使用可能なN-オキシル化合物としては、例えば、2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジン-N-オキシル(以下、TEMPOとも表記する)、4-アセトアミド-TEMPO、4-カルボキシ-TEMPO、4-フォスフォノオキシ-TEMPO等を用いることができる。 Next, in the oxidation step, natural cellulose fibers are oxidized in water using an N-oxyl compound as an oxidation catalyst to obtain oxidized cellulose fibers. As the oxidation step, a known method for oxidizing cellulose can be adopted. Examples of the N-oxyl compound that can be used as an oxidation catalyst for cellulose include 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidin-N-oxyl (hereinafter, also referred to as TEMPO), 4-acetamide-TEMPO, and the like. 4-carboxy-TEMPO, 4-phosphonooxy-TEMPO and the like can be used.

酸化工程後、例えば水洗とろ過を繰り返す精製工程を実施し、未反応の酸化剤や各種副生成物等の、スラリー中に含まれる酸化セルロース繊維以外の不純物を除去することができる。酸化セルロース繊維を含む溶媒は、例えば水に含浸させた状態であり、この段階では酸化セルロース繊維はセルロースナノファイバーの単位まで解繊されていない。溶媒は、水を用いることができるが、例えば、水以外にも目的に応じて水に可溶な有機溶媒(アルコール類、エーテル類、ケトン類等)を使用することができる。 After the oxidation step, for example, a purification step of repeating washing and filtration can be carried out to remove impurities other than the oxidized cellulose fibers contained in the slurry, such as unreacted oxidizing agents and various by-products. The solvent containing the cellulose oxide fiber is, for example, impregnated with water, and at this stage, the cellulose oxide fiber is not defibrated to the unit of the cellulose nanofiber. Water can be used as the solvent, but for example, an organic solvent (alcohols, ethers, ketones, etc.) soluble in water can be used in addition to water depending on the purpose.

酸化セルロース繊維は、セルロースナノファイバーの水酸基の一部がカルボキシル基を有する置換基で変性され、カルボキシル基を有する。 The oxidized cellulose fiber has a carboxyl group by modifying a part of the hydroxyl group of the cellulose nanofiber with a substituent having a carboxyl group.

酸化セルロース繊維は、繊維径の平均値が10μm~30μmであることができる。なお、酸化セルロース繊維の繊維径の平均値は、電子顕微鏡の視野内の酸化セルロース繊維の少なくとも50本以上について測定した算術平均値である。 The average value of the fiber diameter of the oxidized cellulose fiber can be 10 μm to 30 μm. The average value of the fiber diameters of the cellulose oxide fibers is an arithmetic mean value measured for at least 50 or more of the cellulose oxide fibers in the field of view of the electron microscope.

酸化セルロース繊維は、セルロースミクロフィブリルの束であることができる。酸化セルロース繊維は微細化工程においてセルロースナノファイバーに解繊することができる。 Oxidized cellulose fibers can be bundles of cellulose microfibrils. Oxidized cellulose fibers can be defibrated into cellulose nanofibers in the miniaturization step.

微細化工程は、酸化セルロース繊維を水等の溶媒中で撹拌処理することができ、セルロースナノファイバーを得ることができる。 In the miniaturization step, the cellulose oxide fibers can be agitated in a solvent such as water, and cellulose nanofibers can be obtained.

微細化工程において、分散媒としての溶媒を水とすることができる。また、水以外の溶媒として、水に可溶な有機溶媒、例えば、アルコール類、エーテル類、ケトン類等を単独でまたは組み合わせて使用することができる。 In the miniaturization step, the solvent as the dispersion medium can be water. Further, as a solvent other than water, an organic solvent soluble in water, for example, alcohols, ethers, ketones and the like can be used alone or in combination.

微細化工程における撹拌処理は、例えば、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等を用いることができる。 The stirring process in the miniaturization process includes, for example, a breaker, a beater, a low-pressure homogenizer, a high-pressure homogenizer, a grinder, a cutter mill, a ball mill, a jet mill, a short-screw extruder, a twin-screw extruder, an ultrasonic stirrer, and a household juicer mixer. Etc. can be used.

また、微細化処理における酸化セルロース繊維を含む溶媒の固形分濃度は、例えば50質量%以下とすることができる。この固形分濃度が50質量%を超えると、分散に高いエネルギーを必要とすることになる。 Further, the solid content concentration of the solvent containing the oxidized cellulose fiber in the miniaturization treatment can be, for example, 50% by mass or less. If the solid content concentration exceeds 50% by mass, high energy is required for dispersion.

微細化工程によってセルロースナノファイバーを含む水分散液を得ることができる。セルロースナノファイバーを含む水分散液は、無色透明又は半透明な懸濁液であることができる。懸濁液には、表面酸化されると共に解繊されて微細化した繊維であるセルロースナノファイバーが水中に分散されている。すなわち、この水分散液においては、ミクロフィブリル間の強い凝集力(表面間の水素結合)を、酸化工程によるカルボキシル基の導入によって弱め、更に微細化工程を経ることで、セルロースナノファイバーが得られる。そして、酸化工程の条件を調整することにより、カルボキシル基含有量、極性、平均繊維径、平均繊維長、平均アスペクト比等を制御することができる。このようにして得られた水分散液中のセルロースナノファイバーの繊維径の平均値は、3nm~10nmであることができ、さらに3nm~4nmであることができる。この水分散液中のセルロースナノファイバーのアスペクト比の平均値は、20~350であることができ、さらに20~250であることができ、特に50~200であることができる。また、ここでは酸化工程により得られた酸化CNFについて説明したが、イオン性官能基としてアニオン基を導入した例えばカルボキシメチル化CNFであっても酸化CNFと同様の繊維径及びアスペクト比であることができる。 An aqueous dispersion containing cellulose nanofibers can be obtained by the miniaturization step. The aqueous dispersion containing the cellulose nanofibers can be a colorless transparent or translucent suspension. In the suspension, cellulose nanofibers, which are fibers that have been surface-oxidized and defibrated to be finely divided, are dispersed in water. That is, in this aqueous dispersion, the strong cohesive force between microfibrils (hydrogen bonds between surfaces) is weakened by the introduction of carboxyl groups in the oxidation step, and further through the miniaturization step, cellulose nanofibers can be obtained. .. Then, by adjusting the conditions of the oxidation step, the carboxyl group content, polarity, average fiber diameter, average fiber length, average aspect ratio and the like can be controlled. The average value of the fiber diameters of the cellulose nanofibers in the aqueous dispersion thus obtained can be 3 nm to 10 nm, and further can be 3 nm to 4 nm. The average aspect ratio of the cellulose nanofibers in this aqueous dispersion can be 20-350, further 20-250, and in particular 50-200. Further, although the oxidized CNF obtained by the oxidation step has been described here, even a carboxymethylated CNF having an anionic group introduced as an ionic functional group may have the same fiber diameter and aspect ratio as the oxidized CNF. can.

このようにして得られた水分散液は、セルロースナノファイバーの固形分が0.01質量%~5質量%であることができ、好ましくは0.1質量%~2質量%であることができる。水分散液におけるセルロースナノファイバー固形分が0.01質量%未満であると後述する乾燥工程に時間を要することになり、5質量%を超えるとカチオン界面活性剤を均一に処理できずセルロースナノファイバーの凝集体が生じやすい。また、水分散液は、例えば、セルロースナノファイバーの固形分1質量%に希釈した水分散液であることができる。さらに、水分散液は、光透過率が40%以上であることができ、さらに光透過率が60%以上であることができ、特に80%以上であることができる。水分散液の透過率は、紫外可視分光硬度計を用いて、波長660nmでの透過率として測定することができる。 The aqueous dispersion thus obtained can have a solid content of cellulose nanofibers of 0.01% by mass to 5% by mass, preferably 0.1% by mass to 2% by mass. .. If the solid content of the cellulose nanofibers in the aqueous dispersion is less than 0.01% by mass, it takes time for the drying step described later, and if it exceeds 5% by mass, the cationic surfactant cannot be uniformly treated and the cellulose nanofibers. Aggregates are likely to occur. Further, the aqueous dispersion can be, for example, an aqueous dispersion diluted to 1% by mass of the solid content of the cellulose nanofibers. Further, the aqueous dispersion can have a light transmittance of 40% or more, and can have a light transmittance of 60% or more, particularly 80% or more. The transmittance of the aqueous dispersion can be measured as the transmittance at a wavelength of 660 nm using an ultraviolet-visible spectrophotometer.

A-1-2.カチオン界面活性剤
カチオン界面活性剤は、セルロースナノファイバー同士の水素結合による凝集を抑制できる。カチオン界面活性剤は、乾燥工程後の繊維材料におけるセルロースナノファイバー同士の凝集を抑制する効果を有する。カチオン界面活性剤は、1級~3級のアミン塩及び4級アンモニウム塩のいずれか1つ以上であることができる。特にカチオン界面活性剤は、炭素数(C数)が1~40、好ましくは2~20、更に好ましくは8~18の長鎖アルキル基を有する4級アンモニウム塩であることができる。塩としては塩化物、臭化物等であることができる。
A-1-2. Cationic Surfactant A cationic surfactant can suppress aggregation due to hydrogen bonds between cellulose nanofibers. The cationic surfactant has an effect of suppressing aggregation of cellulose nanofibers in the fiber material after the drying step. The cationic surfactant can be any one or more of a primary to tertiary amine salt and a quaternary ammonium salt. In particular, the cationic surfactant can be a quaternary ammonium salt having a long-chain alkyl group having 1 to 40 carbon atoms (C number), preferably 2 to 20, and more preferably 8 to 18 carbon atoms. The salt can be chloride, bromide or the like.

炭素数が1~40の長鎖アルキル基を有する4級アンモニウム塩としては、例えば、塩化オクチルトリメチルアンモニウム、塩化デシルトリメチルアンモニウム、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム、塩化テトラデシルトリメチルアンモニウム、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、塩化オクタデシルトリメチルアンモニウム等のトリメチルアンモニウム塩;塩化オクチルピリジニウム、塩化デシルピリジニウム、塩化ドデシルピリジニウム、塩化テトラデシルピリジニウム、塩化ヘキサデシルピリジニウム、塩化オクタデシルピリジニウム等のピリジニウム塩;塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、塩
化ベンジルトリアルキルアンモニウム、塩化ジアルキルジメチルアンモニウム、塩化トリメチルステアリルアンモニウム、臭化ドデシルトリメチルアンモニウム、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニム等が挙げられる。
Examples of the quaternary ammonium salt having a long-chain alkyl group having 1 to 40 carbon atoms include octyltrimethylammonium chloride, decyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium chloride, tetradecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium chloride, and chloride. Trimethylammonium salts such as octadecyltrimethylammonium; pyridinium salts such as octylpyridinium chloride, decylpyridinium chloride, dodecylpyridinium chloride, tetradecylpyridinium chloride, hexadecylpyridinium chloride, octadecylpyridinium chloride; benzalconium chloride, benzethonium chloride, benzyltri chloride Examples thereof include alkylammonium, dialkyldimethylammonium chloride, trimethylstearylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium bromide and the like.

CNF分散液におけるセルロースナノファイバーに対するカチオン界面活性剤の質量比は0.1倍~2.0倍である。セルロースナノファイバーに対するカチオン界面活性剤の質量比が0.1倍以上であればセルロースナノファイバー表面のカルボキシル基へ作用させることがで、セルロースナノファイバーの再凝集を抑制し、ゴム成分中で良好な解繊状態を得ることができる。CNF分散液におけるセルロースナノファイバーに対するカチオン界面活性剤の質量比が2.0倍を超えると複合体中での界面活性剤量が多くなり、加工性が低下するとともに、複合材料の諸物性が低下する。さらに、セルロースナノファイバーに対するカチオン界面活性剤の質量比は0.1倍~1.0倍であることができる。当該質量比が1.0倍以下であれば後述する混合工程における加工性に優れることができる。 The mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers in the CNF dispersion is 0.1 to 2.0 times. If the mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers is 0.1 times or more, it can act on the carboxyl group on the surface of the cellulose nanofibers to suppress the reaggregation of the cellulose nanofibers, which is good in the rubber component. A defibrated state can be obtained. When the mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers in the CNF dispersion exceeds 2.0 times, the amount of the surfactant in the composite increases, the processability deteriorates, and the physical characteristics of the composite material deteriorate. do. Furthermore, the mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers can be 0.1 to 1.0 times. If the mass ratio is 1.0 times or less, the workability in the mixing step described later can be excellent.

A-1-3.多価アルコール
多価アルコールは、後述する乾燥工程で水系溶媒が除去されてもセルロースナノファイバー同士の水素結合を妨げることにより、脱水乾燥後のセルロースナノファイバーの再凝集を抑制することができる。そのため、多価アルコールはCNF分散液の水系溶媒との置換材としての機能を発揮する。また、混合工程におけるセルロースナノファイバーの解繊を容易にすることができる。多価アルコールは、1価アルコールを除くアルコールである。1価アルコールは水よりも沸点が低いため、採用できない。
A-1-3. Polyhydric alcohol The polyhydric alcohol can suppress the reaggregation of the cellulose nanofibers after dehydration drying by hindering the hydrogen bonding between the cellulose nanofibers even if the aqueous solvent is removed in the drying step described later. Therefore, the polyhydric alcohol exerts a function as a substitute material for the aqueous solvent of the CNF dispersion liquid. In addition, it is possible to facilitate the defibration of cellulose nanofibers in the mixing step. The polyhydric alcohol is an alcohol excluding the monohydric alcohol. Since monohydric alcohol has a lower boiling point than water, it cannot be used.

多価アルコールは、水よりも高い沸点を有する。水よりも高い沸点を有することにより、後述する乾燥工程を経て水が蒸発しても多価アルコールは繊維材料中に残存することができる。また、界面活性剤がセルロースナノファイバーへ吸着しているため、セルロースナノファイバー同士は凝集せずに安定した分散状態を維持することができる。多価アルコールは、後述する混合工程における混練温度よりも高い沸点を有することが望ましい。混合工程で多価アルコールが急速に蒸発してセルロースナノファイバーの再凝集が生じることを防ぐためである。 Multivalent alcohols have a higher boiling point than water. By having a boiling point higher than that of water, the polyhydric alcohol can remain in the fiber material even if the water evaporates through the drying step described later. Further, since the surfactant is adsorbed on the cellulose nanofibers, the cellulose nanofibers do not aggregate with each other and can maintain a stable dispersed state. It is desirable that the polyhydric alcohol has a boiling point higher than the kneading temperature in the mixing step described later. This is to prevent the polyhydric alcohol from rapidly evaporating in the mixing step and causing reaggregation of the cellulose nanofibers.

多価アルコールは、2価アルコール及び3価アルコールの少なくとも一方であることが好ましい。2価アルコールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール等が挙げられる。3価アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。2価及び3価以外の多価アルコールとして例えばペンタエリスリトール、ジグリセリン、ポリグリセリン等を含んでもよい。 The polyhydric alcohol is preferably at least one of a dihydric alcohol and a trihydric alcohol. Examples of the dihydric alcohol include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, neopentyl glycol and the like. Examples of the trihydric alcohol include glycerin, trimethylolethane, trimethylolpropane, cyclohexanedimethanol and the like. As the polyhydric alcohol other than divalent and trivalent, for example, pentaerythritol, diglycerin, polyglycerin and the like may be contained.

CNF分散液におけるセルロースナノファイバーに対する多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍である。セルロースナノファイバーに対する多価アルコールの質量比が2倍以上であれば乾燥工程後の繊維材料を用いてゴム成分と複合化する際にセルロースナノファイバーを解繊することができ、20倍以上であれば複合化の際に加工が困難となる。また、セルロースナノファイバーに対する多価アルコールの質量比は2.5倍~10.0倍であることができ、さらにセルロースナノファイバーに対する多価アルコールの質量比は2.5倍以上10.0倍未満であることができる。 The mass ratio of the polyhydric alcohol to the cellulose nanofibers in the CNF dispersion is 2.0 to 20.0 times. If the mass ratio of the polyvalent alcohol to the cellulose nanofibers is 2 times or more, the cellulose nanofibers can be defibrated when compounded with the rubber component using the fiber material after the drying step, and if it is 20 times or more. For example, processing becomes difficult at the time of compounding. Further, the mass ratio of the polyvalent alcohol to the cellulose nanofibers can be 2.5 times to 10.0 times, and the mass ratio of the polyvalent alcohol to the cellulose nanofibers is 2.5 times or more and less than 10.0 times. Can be.

A-2.乾燥工程(S12)
乾燥工程(S12)は、CNF分散液を得る工程で得られたCNF分散液から水系溶媒を除去して繊維材料を得る工程である。CNF分散液から水系溶媒を除去する方法は、公知の方法を用いることができ、例えば加熱によって乾燥してもよいし、スプレードライ法
によって乾燥してもよい。
A-2. Drying step (S12)
The drying step (S12) is a step of removing an aqueous solvent from the CNF dispersion obtained in the step of obtaining the CNF dispersion to obtain a fiber material. As a method for removing the aqueous solvent from the CNF dispersion liquid, a known method can be used, and for example, it may be dried by heating or may be dried by a spray drying method.

例えば、CNF分散液を容器(バット等)に流し込み、その容器をオーブンに入れて30℃~100℃で水系溶媒を蒸発させる。 For example, the CNF dispersion is poured into a container (such as a vat), and the container is placed in an oven to evaporate the aqueous solvent at 30 ° C to 100 ° C.

乾燥工程(S12)は、CNF分散液から水系溶媒を完全に除去してもよいし、後述する混合工程で除去できる程度に水系溶媒をわずかに残してもよい。 In the drying step (S12), the aqueous solvent may be completely removed from the CNF dispersion, or a small amount of the aqueous solvent may be left so that it can be removed in the mixing step described later.

A-2-1.繊維材料
乾燥工程によって得られた繊維材料は、セルロースナノファイバーとカチオン界面活性剤と多価アルコールとを含み、セルロースナノファイバーに対して多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍である。カチオン界面活性剤はセルロースナノファイバー同士の水素結合による凝集を防ぎ、多価アルコールは後述する混合工程におけるセルロースナノファイバーの解繊を容易とすることができる。そのため、当該繊維材料を複合材料の製造方法に用いることにより、セルロースナノファイバーを複合化するための加工性に優れることができる。
A-2-1. Fiber material The fiber material obtained by the drying step contains cellulose nanofibers, a cationic surfactant and a polyhydric alcohol, and the mass ratio of the polyvalent alcohol to the cellulose nanofibers is 2.0 to 20.0 times. Is. The cationic surfactant prevents aggregation of the cellulose nanofibers due to hydrogen bonds, and the polyhydric alcohol can facilitate the defibration of the cellulose nanofibers in the mixing step described later. Therefore, by using the fiber material in the method for producing a composite material, it is possible to improve the processability for compositing the cellulose nanofibers.

A-3.混合工程(S14)
混合工程(S14)は、繊維材料をゴム成分と混合する工程である。混合工程(S14)は、ロール間隔が0mmを超え0.5mm以下に設定されかつロール温度が0℃~50℃に設定されたオープンロールを用いて薄通しすることができる。
A-3. Mixing step (S14)
The mixing step (S14) is a step of mixing the fiber material with the rubber component. In the mixing step (S14), an open roll having a roll interval of more than 0 mm and 0.5 mm or less and a roll temperature of 0 ° C. to 50 ° C. can be used for thinning.

まず、薄通し工程の前に、図2に示すように、第1のロール10に巻き付けられたゴム成分30の素練りを行なうことができ、ゴム成分30の分子鎖を適度に切断してフリーラジカルを生成する。素練りによって生成されたゴム成分30のフリーラジカルがセルロースナノファイバーと結びつきやすい状態となる。 First, before the thinning step, as shown in FIG. 2, the rubber component 30 wound around the first roll 10 can be kneaded, and the molecular chain of the rubber component 30 is appropriately cut to be free. Generates radicals. The free radicals of the rubber component 30 generated by the kneading are in a state where they are easily combined with the cellulose nanofibers.

ゴム成分30としては、天然ゴム(NR)または合成ゴムを用いることができる。合成ゴムとしては、例えば、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ニトリルゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、ブチルゴム(IIR)、クロロブチルゴム(CIIR)、アクリルゴム(ACM)、シリコーンゴム(Q)、フッ素ゴム(FKM)、ブタジエンゴム(BR)、エポキシ化ブタジエンゴム(EBR)、エピクロルヒドリンゴム(CO,CEO)、ウレタンゴム(U)、ポリスルフィドゴム(T)等及びこれらの混合物を用いることができる。 As the rubber component 30, natural rubber (NR) or synthetic rubber can be used. Examples of synthetic rubber include styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile rubber (NBR), chloroprene rubber (CR), ethylene propylene rubber (EPDM), butyl rubber (IIR), chlorobutyl rubber (CIIR), and acrylic rubber (ACM). , Silicone rubber (Q), Fluorine rubber (FKM), butadiene rubber (BR), epoxidized butadiene rubber (EBR), epichlorohydrin rubber (CO, CEO), urethane rubber (U), polysulfide rubber (T), etc. A mixture can be used.

ゴム成分30は、ニトリルゴムであることができる。ニトリルゴムには、水素化ニトリルゴム(H-NBR)を含む。水素化ニトリルゴムは、水素添加ニトリルゴムあるいは水素添加アクリロニトリル-ブタジエンゴムなどと呼ばれることがある。水素化ニトリルゴムは、ニトリルゴムに含まれる二重結合を水素添加することによって得ることができる。ゴム成分30としてニトリルゴムを用いた複合材料は、解繊したセルロースナノファイバーによってゴム成分30が補強されるため、剛性に優れ、例えば引張試験における50%モジュラス及び100%モジュラスに優れた特性を有する。ニトリルゴムの内、水素化ニトリルゴムをゴム成分30として用いた複合材料は、例えば引張試験における引張強さが優れた特性を有する。 The rubber component 30 can be a nitrile rubber. Nitrile rubber includes hydrogenated nitrile rubber (H-NBR). The hydrogenated nitrile rubber may be referred to as hydrogenated nitrile rubber, hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber, or the like. The hydride nitrile rubber can be obtained by hydrogenating the double bond contained in the nitrile rubber. A composite material using nitrile rubber as the rubber component 30 has excellent rigidity because the rubber component 30 is reinforced by defibrated cellulose nanofibers, and has excellent properties such as 50% modulus and 100% modulus in a tensile test. .. Among the nitrile rubbers, the composite material using hydrogenated nitrile rubber as the rubber component 30 has excellent tensile strength in, for example, a tensile test.

ゴム成分30は、シリコーンゴムであることができる。シリコーンゴムとしては、オルガノポリシロキサンの生ゴムであることができ、主鎖がシロキサン結合で構成され、側鎖にメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、γ-フェニルプロピル基等のアラルキ
ル基、又はこれらの基の炭素原子に結合した水素原子の一部又は全部をハロゲン原子、シアノ基などで置換した基、例えば、クロロメチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基などを持つことができる。シリコーンゴムの分子構造は、直鎖状であることができ、一部分岐を有した直鎖状であることができる。ゴム成分30としてシリコーンゴムを用いた複合材料は、解繊したセルロースナノファイバーによってゴム成分30が補強されるため、引張試験における引張強さ、剛性、及び破壊エネルギーに優れた特性を有する。
The rubber component 30 can be a silicone rubber. The silicone rubber can be a raw rubber of organopolysiloxane, the main chain is composed of siloxane bonds, and the side chains are alkyl groups such as methyl group, ethyl group, propyl group and butyl group, and cycloalkyl such as cyclohexyl group. Bonded to an alkenyl group such as a group, a vinyl group, an allyl group, a butenyl group, a hexenyl group, an aryl group such as a phenyl group or a trill group, an aralkyl group such as a benzyl group or a γ-phenylpropyl group, or a carbon atom of these groups. It can have a group in which a part or all of the hydrogen atom is substituted with a halogen atom, a cyano group or the like, for example, a chloromethyl group, a trifluoropropyl group, a cyanoethyl group or the like. The molecular structure of the silicone rubber can be linear and can be linear with some branches. A composite material using silicone rubber as the rubber component 30 has excellent properties in tensile strength, rigidity, and fracture energy in a tensile test because the rubber component 30 is reinforced by defibrated cellulose nanofibers.

シリコーンゴムには、公知の架橋剤を用いることができ、例えば、架橋形態として縮合型反応、付加型反応、過酸化物反応を用いることができ、過酸化物架橋が好ましい。シリコーンゴムを架橋剤で架橋することによって、耐熱性や耐薬品性に優れた複合材料を製造することができる。 A known cross-linking agent can be used for the silicone rubber. For example, a condensation type reaction, an addition type reaction, or a peroxide reaction can be used as the cross-linking form, and peroxide cross-linking is preferable. By cross-linking the silicone rubber with a cross-linking agent, a composite material having excellent heat resistance and chemical resistance can be produced.

また、シリコーンゴムには、シリカが予め配合されているシリコーンゴムコンパウンドを含む。市販されているシリコーンゴムは、通常シリカが配合されている。シリコーンゴムは低温から高温まで幅広い温度で優れた特性を有することが特徴であるが、物理的強度が低いため、予めシリカ粒子が配合されたコンパウンドが一般的である。 Further, the silicone rubber contains a silicone rubber compound in which silica is pre-blended. Commercially available silicone rubber usually contains silica. Silicone rubber is characterized by having excellent properties at a wide range of temperatures from low temperature to high temperature, but since it has low physical strength, a compound containing silica particles in advance is generally used.

ゴム成分30は、スチレン-ブタジエンゴムであることができる。ゴム成分30としてスチレン‐ブタジエンゴムを用いた複合材料は、解繊したセルロースナノファイバーによってゴム成分30が補強されるため、引張試験における引張強さ、剛性、及び破壊エネルギーに優れた特性を有する。 The rubber component 30 can be styrene-butadiene rubber. A composite material using styrene-butadiene rubber as the rubber component 30 has excellent properties in tensile strength, rigidity, and fracture energy in a tensile test because the rubber component 30 is reinforced by defibrated cellulose nanofibers.

次に、図3に示すように、第1のロール10に巻き付けられたゴム成分30のバンク34に、繊維材料80を徐々に投入し、混練して中間混合物を得る工程を行うことができる。中間混合物を得る工程において、繊維材料80の他に、例えば、架橋剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤、受酸剤、カップリング剤などを含むことができる。これらのセルロースナノファイバー以外の配合剤は、混合の過程の適切な時期にゴム成分30に投入することができる。 Next, as shown in FIG. 3, a step of gradually putting the fiber material 80 into the bank 34 of the rubber component 30 wound around the first roll 10 and kneading the fibers to obtain an intermediate mixture can be performed. In the step of obtaining the intermediate mixture, in addition to the fiber material 80, for example, a cross-linking agent, a vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization retarder, a softening agent, a plasticizer, a curing agent, a reinforcing agent, a filler, and an antiaging agent. Agents, colorants, acid acceptors, coupling agents and the like can be included. The compounding agents other than these cellulose nanofibers can be added to the rubber component 30 at an appropriate time in the mixing process.

図2及び図3の中間混合物を得る工程については、オープンロール法に限定されず、例えば密閉式混練法あるいは多軸押出し混練法を用いることもできる。 The step of obtaining the intermediate mixture of FIGS. 2 and 3 is not limited to the open roll method, and for example, a closed kneading method or a multi-screw extrusion kneading method can also be used.

さらに、図4に示すように、薄通し工程を行うことができる。薄通し工程は、ロール間隔dが0mmを超え0.5mm以下に設定されたオープンロール2を用いて、0℃~50℃で薄通しを行って未架橋の複合材料50を得る工程を行うことができる。ロール間隔dは設定値であり、中間混合物36がロール間わずかな隙間に入り込むことができればそのわずかな隙間から中間混合物36を押し出すことができることがある。この工程では、第1のロール10と第2のロール20とのロール間隔dを、例えば0.1mm~0.5mmの間隔に設定し、図3で得られた中間混合物36をオープンロール2に投入して薄通しを1回~複数回行なうことができる。薄通しの回数は、例えば1回~10回程度行なうことができる。第1のロール10の表面速度をV1、第2のロール20の表面速度をV2とすると、薄通しにおける両者の表面速度比(V1/V2)は、1.05~3.00であることができ、さらに1.05~1.2であることができる。このような表面速度比を用いることにより、所望の剪断力を得ることができる。 Further, as shown in FIG. 4, a thinning step can be performed. The thinning step is a step of thinning at 0 ° C. to 50 ° C. using an open roll 2 having a roll interval d of more than 0 mm and set to 0.5 mm or less to obtain an uncrosslinked composite material 50. Can be done. The roll interval d is a set value, and if the intermediate mixture 36 can enter a slight gap between rolls, the intermediate mixture 36 may be extruded from the slight gap. In this step, the roll spacing d between the first roll 10 and the second roll 20 is set to, for example, a spacing of 0.1 mm to 0.5 mm, and the intermediate mixture 36 obtained in FIG. 3 is used as the open roll 2. It can be thrown in and thinly threaded once or multiple times. The number of thinnings can be, for example, about 1 to 10 times. Assuming that the surface speed of the first roll 10 is V1 and the surface speed of the second roll 20 is V2, the surface speed ratio (V1 / V2) of both in thinning is 1.05 to 3.00. It can be 1.05 to 1.2. By using such a surface velocity ratio, a desired shearing force can be obtained.

このように狭いロール間から押し出された複合材料50は、ゴム成分の弾性による復元力で図5のように大きく変形し、その際にゴム成分と共にセルロースナノファイバーが大きく移動する。薄通しして得られた複合材料50は、ロールで圧延されて所定厚さ、例えば100μm~500μmのシート状に分出しされる。 The composite material 50 extruded from such a narrow roll is greatly deformed as shown in FIG. 5 by the restoring force due to the elasticity of the rubber component, and at that time, the cellulose nanofibers move greatly together with the rubber component. The composite material 50 obtained through thinning is rolled by a roll and dispensed into a sheet having a predetermined thickness, for example, 100 μm to 500 μm.

この薄通し工程では、できるだけ高い剪断力を得るために、ロール温度を例えば0℃~50℃に設定して行うことができ、さらに5℃~30℃の比較的低い温度に設定して行うことができる。複合材料50の実測温度も0℃~50℃に調整されることができ、さらに5℃~30℃に調整されることができる。 In this thinning step, in order to obtain the highest possible shearing force, the roll temperature can be set to, for example, 0 ° C to 50 ° C, and further set to a relatively low temperature of 5 ° C to 30 ° C. Can be done. The measured temperature of the composite material 50 can also be adjusted to 0 ° C to 50 ° C, and further can be adjusted to 5 ° C to 30 ° C.

このような温度範囲に調整することによって、ゴム成分の弾性を利用してセルロースナノファイバーを解繊し、解繊されたセルロースナノファイバーを複合材料50中に分散することができる。 By adjusting to such a temperature range, the cellulose nanofibers can be defibrated by utilizing the elasticity of the rubber component, and the defibrated cellulose nanofibers can be dispersed in the composite material 50.

この薄通し工程における高い剪断力により、ゴム成分に高い剪断力が作用し、繊維材料中のセルロースナノファイバーがゴム成分の分子に1本ずつ引き抜かれるように相互に分離し、ゴム成分中に分散される。ここで、繊維材料が多価アルコールを含むことによりセルロースナノファイバーの凝集を抑制し、セルロースナノファイバーに結合したカチオン界面活性剤がセルロースナノファイバー同士の水素結合による凝集を抑制するため、セルロースナノファイバーがゴム成分中に解繊されて分散する。特に、ゴム成分は、弾性と、粘性と、を有するため、セルロースナノファイバーを解繊し、分散することができる。そして、セルロースナノファイバーの分散性および分散安定性(セルロースナノファイバーが再凝集しにくいこと)に優れた複合材料50を得ることができる。 Due to the high shearing force in this thinning step, a high shearing force acts on the rubber component, and the cellulose nanofibers in the fiber material are separated from each other so as to be pulled out one by one to the molecules of the rubber component and dispersed in the rubber component. Will be done. Here, since the fiber material contains polyhydric alcohol to suppress the aggregation of cellulose nanofibers, and the cationic surfactant bound to the cellulose nanofibers suppresses the aggregation due to hydrogen bonding between the cellulose nanofibers, the cellulose nanofibers Is deflated and dispersed in the rubber component. In particular, since the rubber component has elasticity and viscosity, cellulose nanofibers can be defibrated and dispersed. Then, it is possible to obtain a composite material 50 having excellent dispersibility and dispersion stability of the cellulose nanofibers (the cellulose nanofibers are less likely to reaggregate).

より具体的には、オープンロールでゴム成分とセルロースナノファイバーとを混合すると、粘性を有するゴム成分がセルロースナノファイバーの相互に侵入する。セルロースナノファイバーの表面が例えば酸化処理によって適度に活性が高いと、特にゴム成分の分子と結合し易くできる。次に、ゴム成分に強い剪断力が作用すると、ゴム成分の分子の移動に伴ってセルロースナノファイバーも移動し、さらに剪断後の弾性によるゴム成分の復元力によって、凝集していたセルロースナノファイバーが分離されて、ゴム成分中に分散されることになる。特に、オープンロール法は、ロール温度の管理だけでなく、混合物の実際の温度を測定し管理することができるため、好ましい。 More specifically, when the rubber component and the cellulose nanofibers are mixed with an open roll, the viscous rubber component penetrates into each other of the cellulose nanofibers. When the surface of the cellulose nanofibers is moderately active, for example, by an oxidation treatment, it can be particularly easily bonded to the molecules of the rubber component. Next, when a strong shearing force acts on the rubber component, the cellulose nanofibers also move with the movement of the molecules of the rubber component, and further, the cellulose nanofibers aggregated due to the restoring force of the rubber component due to the elasticity after shearing. It will be separated and dispersed in the rubber component. In particular, the open roll method is preferable because it can measure and control the actual temperature of the mixture as well as control the roll temperature.

ゴム成分は、カチオン界面活性剤にて処理されたセルロースナノファイバーと相互作用を高めるために極性官能基および反応性官能基、例えばカルボキシル基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、アクリル基、メタクリル基、及びこれらの組み合わせから選ばれる反応性官能基を有する変性したゴム成分であることができる。このようなゴム成分としては、例えばカルボキシ変性NBRを挙げることができる。 The rubber component contains polar and reactive functional groups such as carboxyl groups, hydroxyl groups, amino groups, epoxy groups, acrylic groups, methacrylic groups, to enhance interaction with cellulose nanofibers treated with cationic surfactants. And can be a modified rubber component having a reactive functional group selected from these combinations. Examples of such a rubber component include carboxy-modified NBR.

混合工程は、複合材料をマスターバッチとしてマトリクスとなる高分子物質に混合してもよい。 In the mixing step, the composite material may be used as a masterbatch and mixed with the polymer substance to be a matrix.

A-4.除去工程
複合材料の製造方法において、除去工程をさらに含むことができる。除去工程は、複合材料から多価アルコールを除去する工程である。除去工程は、複合材料を加熱することにより行うことができる。除去工程における加熱温度は、複合材料に用いられた多価アルコールが蒸発する温度以上であることができる。除去工程は、混合工程(S14)で得られる複合材料を加熱炉内で加熱するとともに、加熱炉内を脱気することにより、複合材料に残存する多価アルコールを除去することができる。加熱炉内の脱気は、加熱炉に接続した真空ポンプ等で炉内の空気を吸引して多価アルコールの蒸発を促進してもよい。除去工程における加熱温度は、ゴム成分が劣化しない温度以下であることができる。また、除去工程における加熱温度は、セルロースナノファイバーが変色しない温度以下であることができる。例えば、ゴム成分及びセルロースナノファイバーが劣化しないように、熱重量測定(TG:Thermo Gravimetry測定)においてセルロースナノファイバーが5%以上重量減少しない温度に設定することができる。
A-4. Removal Step The method of manufacturing a composite material may further include a removal step. The removal step is a step of removing the polyhydric alcohol from the composite material. The removal step can be performed by heating the composite material. The heating temperature in the removal step can be higher than the temperature at which the polyhydric alcohol used in the composite material evaporates. In the removing step, the polyhydric alcohol remaining in the composite material can be removed by heating the composite material obtained in the mixing step (S14) in the heating furnace and degassing the inside of the heating furnace. For degassing in the heating furnace, the air in the furnace may be sucked by a vacuum pump or the like connected to the heating furnace to promote evaporation of the polyhydric alcohol. The heating temperature in the removal step can be equal to or lower than the temperature at which the rubber component does not deteriorate. Further, the heating temperature in the removal step can be lower than the temperature at which the cellulose nanofibers do not discolor. For example, the temperature may be set so that the weight of the cellulose nanofibers does not decrease by 5% or more in the thermal weight measurement (TG: Thermo Gravity measurement) so that the rubber component and the cellulose nanofibers do not deteriorate.

除去工程における加熱処理は、例えば、減圧オーブン等を用いることができる。除去工程は、上記混合工程(S14)の後に、ロールの温度を除去工程における加熱温度まで上昇させて混練を所定時間継続することにより行ってもよい。 For the heat treatment in the removal step, for example, a vacuum oven or the like can be used. The removing step may be performed by raising the temperature of the roll to the heating temperature in the removing step and continuing the kneading for a predetermined time after the mixing step (S14).

A-5.成形工程
混合工程(S14)または除去工程で得られる複合材料を用いて成形することができる。成形工程は、ゴム組成物の成形として一般的な例えば、プレス加工、圧縮成形、押し出し成形等である。
A-5. Molding step It can be molded using the composite material obtained in the mixing step (S14) or the removing step. The molding step is, for example, press working, compression molding, extrusion molding, etc., which are common for molding rubber compositions.

成形工程は、混合工程(S14)で得られる複合材料を金型内で加熱しながら加圧するとともに、金型内を脱気することにより複合材料を成形することができる。また、成型工程は、除去工程で得られる複合材料をさらに金型内で加熱しながら加圧するとともに、金型内を脱気することにより複合材料を成形することができる。金型内を脱気することにより、複合材料に残存する多価アルコールを除去することができる。金型内の脱気は、加熱炉に接続した真空ポンプ等で炉内の空気を吸引して多価アルコールの蒸発を促進してもよい。 In the molding step, the composite material obtained in the mixing step (S14) can be pressed while being heated in the mold, and the composite material can be molded by degassing the inside of the mold. Further, in the molding step, the composite material obtained in the removal step can be further heated and pressurized in the mold, and the composite material can be molded by degassing the inside of the mold. By degassing the inside of the mold, the polyhydric alcohol remaining in the composite material can be removed. For degassing in the mold, the air in the furnace may be sucked by a vacuum pump or the like connected to the heating furnace to promote the evaporation of the polyhydric alcohol.

成形工程の前に、ゴム組成物に配合する公知の添加剤を複合材料に混合してもよい。例えば、架橋剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤、可塑剤、硬化剤、補強剤、充填剤、老化防止剤、着色剤、受酸剤、カップリング剤などを含むことができる。 Prior to the molding step, known additives to be incorporated into the rubber composition may be mixed with the composite material. For example, cross-linking agents, vulcanizing agents, vulcanization accelerators, vulcanization retarders, softeners, plasticizers, curing agents, reinforcing agents, fillers, anti-aging agents, coloring agents, acid receiving agents, coupling agents, etc. Can include.

B.複合材料
本実施形態に係る複合材料は、ゴム成分中にセルロースナノファイバー及びカチオン界面活性剤を含み、前記ゴム成分100質量部に対して前記セルロースナノファイバーを5.0質量部~40.0質量部含み、前記セルロースナノファイバーに対する前記カチオン界面活性剤の質量比が0.1倍~2.0倍である。
B. Composite material The composite material according to the present embodiment contains cellulose nanofibers and a cationic surfactant in the rubber component, and 5.0 parts by mass to 40.0 parts by mass of the cellulose nanofibers with respect to 100 parts by mass of the rubber component. The mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers is 0.1 to 2.0 times.

複合材料がゴム成分100質量部に対して解繊したセルロースナノファイバーを5.0質量部以上含むことにより、ゴム成分を補強することができる。また、バイオマスであるセルロースナノファイバーを含むことで、複合材料の環境負荷が低減する。複合材料がゴム成分100質量部に対して解繊したセルロースナノファイバーを40.0質量部以下含むことにより、上述の混合工程(S14)による加工ができる。また、複合材料におけるゴム成分100質量部に対するセルロースナノファイバーの配合量は、5.0質量部~30.0質量部であることができる。 The rubber component can be reinforced by the composite material containing 5.0 parts by mass or more of defibrated cellulose nanofibers with respect to 100 parts by mass of the rubber component. In addition, the inclusion of cellulose nanofibers, which are biomass, reduces the environmental load of composite materials. When the composite material contains 40.0 parts by mass or less of defibrated cellulose nanofibers with respect to 100 parts by mass of the rubber component, the processing by the above-mentioned mixing step (S14) can be performed. Further, the blending amount of the cellulose nanofibers with respect to 100 parts by mass of the rubber component in the composite material can be 5.0 parts by mass to 30.0 parts by mass.

複合材料に含まれるセルロースナノファイバーは、繊維径の平均値が3nm~200nmであることができる。セルロースナノファイバーの繊維径の平均値が3nm以上であることにより、市場で入手可能であり、同平均値が200nm以下であることにより、少量の添加でゴム成分30を補強することができる。 The cellulose nanofibers contained in the composite material can have an average fiber diameter of 3 nm to 200 nm. When the average value of the fiber diameter of the cellulose nanofibers is 3 nm or more, it is available on the market, and when the average value is 200 nm or less, the rubber component 30 can be reinforced by adding a small amount.

複合材料は、10μm以上の最大幅を有するセルロースナノファイバーの凝集塊を含まないことができ、さらに、5μm以上の最大幅を有するセルロースナノファイバーの凝集塊を含まないことができ、特に1μm以上の最大幅を有する凝集塊を含まないことができる。また、複合材料は、10μm以上の大きな凝集塊を含まないため、変形時に早期に破壊することなく、高い柔軟性と補強性を両立することができる。 The composite material can be free of agglomerates of cellulose nanofibers having a maximum width of 10 μm or more, and can be free of agglomerates of cellulose nanofibers having a maximum width of 5 μm or more, particularly 1 μm or more. It can be free of agglomerates with maximum width. Further, since the composite material does not contain a large agglomerate of 10 μm or more, it is possible to achieve both high flexibility and reinforcing property without breaking at an early stage during deformation.

複合材料は、複合材料中のゴム成分がニトリルゴムであることができる。複合材料は、複合材料中のゴム成分がシリコーンゴムであることができる。複合材料は、複合材料中のゴム成分がスチレン・ブタジエンゴムであることができる。 In the composite material, the rubber component in the composite material can be nitrile rubber. In the composite material, the rubber component in the composite material can be silicone rubber. In the composite material, the rubber component in the composite material can be styrene-butadiene rubber.

セルロースナノファイバー凝集塊は、複数のセルロースナノファイバーが寄り集って粒子状に凝集したままマトリックス中に点在するものである。セルロースナノファイバー凝集塊の最大幅は、透過型光学顕微鏡で複合材料シート、走査型電子顕微鏡で複合材料の割断面を観察することでマトリックス材料中に点在する粒子状の凝集塊を観察して最大幅を計測する。 Cellulose nanofiber agglomerates are scattered in a matrix in which a plurality of cellulose nanofibers are gathered together and aggregated in the form of particles. The maximum width of the cellulose nanofiber agglomerates can be determined by observing the composite material sheet with a transmission optical microscope and the particulate agglomerates scattered in the matrix material by observing the fracture surface of the composite material with a scanning electron microscope. Measure the maximum width.

複合材料は、解繊したセルロースナノファイバーを含むことにより、複合材料の表面における親水性が向上し接着性が改善する。 By containing the defibrated cellulose nanofibers in the composite material, the hydrophilicity on the surface of the composite material is improved and the adhesiveness is improved.

本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。 In the present invention, some configurations may be omitted, or each embodiment or modification may be combined within the range having the features and effects described in the present application.

本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes substantially the same configurations as those described in the embodiments (configurations having the same function, method and result, or configurations having the same purpose and effect). The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. Further, the present invention includes a configuration having the same action and effect as the configuration described in the embodiment or a configuration capable of achieving the same object. Further, the present invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

(1)実施例1~9のサンプルの作製
CNF分散液を得る工程:セルロースナノファイバー水分散液(第一工業製薬社製2%濃度TEMPO酸化セルロースナノファイバー)を水で希釈してセルロースナノファイバー1%濃度の水分散液(溶媒は水)として、その水分散液に、多価アルコールを投入し、ジューサーミキサー(Waring製ブレンダーMX1200XTX)を使用し、回転数20,000rpmで15秒間撹拌することで混合した。さらにこの混合物にカチオン界面活性剤を投入し、同ジューサーミキサーを使用して回転数20,000rpmで15秒間撹拌することで混合してCNF分散液を得た。
(1) Preparation of Samples of Examples 1 to 9 Step of obtaining CNF dispersion: Cellulose nanofibers by diluting cellulose nanofibers aqueous dispersion (2% concentration TEMPO oxidized cellulose nanofibers manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) with water. As a 1% concentration aqueous dispersion (solvent is water), add polyhydric alcohol to the aqueous dispersion, use a juicer mixer (Warning Blender MX1200XTX), and stir at a rotation speed of 20,000 rpm for 15 seconds. Mixed in. Further, a cationic surfactant was added to this mixture, and the mixture was stirred at a rotation speed of 20,000 rpm for 15 seconds using the same juicer mixer to obtain a CNF dispersion.

表1~表3において、
「H-NBR」:水素化ニトリルゴム、日本ゼオン社製 Zetpol2230LX、ニトリル量中心値33.2%、ヨウ素価36mg/100mg、固形分濃度40.5%、カルボキシ変性H-NBRラテックスを乾燥して固形ゴムとして使用した、
「CNF」:TEMPO酸化セルロースナノファイバー(セルロースナノファイバーの平均繊維径は3.3nm、平均アスペクト比は160)、
「K1」:ACROS ORGANICS社製、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム、98%濃度、
「K2」:富士フィルム和光純薬社製、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、95%濃度、
「K3」:東京化成工業社製、塩化トリメチルステアリルアンモニウム、98%濃度、
「DEG」:富士フィルム和光純薬工業社製、ジエチレングリコール、特級、
「THF」:和光純薬工業社製、テトラヒドロフラン、特級、
であった。
In Tables 1 to 3,
"H-NBR": Hydrogenated nitrile rubber, Zeon Corporation Zetpol2230LX, center value of nitrile amount 33.2%, iodine value 36 mg / 100 mg, solid content concentration 40.5%, carboxy-modified H-NBR latex dried. Used as solid rubber,
"CNF": TEMPO oxidized cellulose nanofibers (average fiber diameter of cellulose nanofibers is 3.3 nm, average aspect ratio is 160),
"K1": ACROS ORGANICS, dodecyltrimethylammonium chloride, 98% concentration,
"K2": manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., hexadecyltrimethylammonium chloride, 95% concentration,
"K3": manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trimethylstearylammonium chloride, 98% concentration,
"DEG": Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., diethylene glycol, special grade,
"THF": manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., tetrahydrofuran, special grade,
Met.

表1~表5において、繊維材料中のカチオン界面活性剤及び多価アルコールの配合量は、各実施例におけるセルロースナノファイバーの配合量(質量)を「1」としたときの各材料の質量の比率で示した。したがって、例えばカチオン界面活性剤の比率が「0.5」であれば、複合材料のCNFの配合量が5.0質量部(phr)のときにカチオン界面活性剤が2.5質量部(phr)となる。また、表1~表5において、複合材料中におけるCNFの配合量は、ゴム成分(H-NBR)を100質量部(phr)としたときのCN
Fの質量部とカチオン界面活性剤の質量部とを示した。
In Tables 1 to 5, the blending amount of the cationic surfactant and the polyhydric alcohol in the fiber material is the mass of each material when the blending amount (mass) of the cellulose nanofibers in each example is "1". Shown as a ratio. Therefore, for example, when the ratio of the cationic surfactant is "0.5", the amount of the cationic surfactant is 2.5 parts by mass (phr) when the blending amount of CNF in the composite material is 5.0 parts by mass (phr). ). Further, in Tables 1 to 5, the blending amount of CNF in the composite material is CN when the rubber component (H-NBR) is 100 parts by mass (phr).
The mass part of F and the mass part of the cationic surfactant are shown.

乾燥工程:CNF分散液から水系溶媒を除去して繊維材料を得た。より具体的には、CNF分散液をバットに流し込み、オーブンにて50℃、24時間で乾燥して水系溶媒を除去し、繊維材料を得た。 Drying step: An aqueous solvent was removed from the CNF dispersion to obtain a fiber material. More specifically, the CNF dispersion was poured into a vat and dried in an oven at 50 ° C. for 24 hours to remove the aqueous solvent to obtain a fiber material.

混合工程:オープンロール(二本ロール)に表1及び表2のゴム成分としてのH-NBRを巻き付け、ロールに巻き付いたH-NBRに繊維材料を徐々に投入し、オープンロールでH-NBRと繊維材料とを混練して中間混合物を得て、中間混合物を薄通し(ロール温度10℃~30℃、ロール間隔0.3mm、ロール速度比1.1)して複合材料を得た。 Mixing step: H-NBR as a rubber component of Tables 1 and 2 is wound around an open roll (two rolls), the fiber material is gradually charged into the H-NBR wound around the roll, and the H-NBR is combined with the open roll. The fiber material was kneaded to obtain an intermediate mixture, and the intermediate mixture was thinly passed through (roll temperature 10 ° C. to 30 ° C., roll interval 0.3 mm, roll speed ratio 1.1) to obtain a composite material.

ここで、実施例1~4は、同一の配合の繊維材料を用いて、CNFの配合量を5.0質量部から30.0質量部まで変化させた。実施例5~9は、繊維材料の配合を変化させた。具体的には、実施例5はCNF1に対してカチオン界面活性剤を0.2として実施例1~4のカチオン界面活性剤の比率より少なくした。実施例6はCNF1に対してカチオン界面活性剤を1として実施例1~4のカチオン界面活性剤の比率より多く配合した。実施例7はCNF1に対してDEGを10として実施例1~4のDEGの比率よりも多くした。実施例8はカチオン界面活性剤を塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムとして、比率を0.5とした。実施例9はカチオン界面活性剤を塩化トリメチルステアリルアンモニウムとして、比率を0.5とした。 Here, in Examples 1 to 4, the blending amount of CNF was changed from 5.0 parts by mass to 30.0 parts by mass using the fiber materials having the same blending. In Examples 5 to 9, the composition of the fiber material was changed. Specifically, in Example 5, the ratio of the cationic surfactant to CNF1 was 0.2, which was smaller than the ratio of the cationic surfactant in Examples 1 to 4. In Example 6, the cationic surfactant was set to 1 with respect to CNF 1, and a larger amount than the ratio of the cationic surfactant of Examples 1 to 4 was blended. In Example 7, the DEF was set to 10 with respect to CNF 1, and the ratio was higher than the ratio of DEF in Examples 1 to 4. In Example 8, the cationic surfactant was hexadecyltrimethylammonium chloride, and the ratio was 0.5. In Example 9, the cationic surfactant was trimethylstearylammonium chloride, and the ratio was 0.5.

除去工程:真空オーブンに複合材料を入れ、100℃、4時間加熱して多価アルコールを除去した。 Removal step: The composite material was placed in a vacuum oven and heated at 100 ° C. for 4 hours to remove the polyhydric alcohol.

成形工程:複合材料をオープンロールに再び投入し、架橋剤及びその他の添加剤を配合した。架橋剤を添加した複合材料を真空下で165℃、30分間加圧成形して、厚さ1mmのシート状の各実施例のサンプルを得た。 Molding step: The composite material was reintroduced into the open roll and compounded with a cross-linking agent and other additives. The composite material to which the cross-linking agent was added was pressure-molded under vacuum at 165 ° C. for 30 minutes to obtain a sheet-shaped sample of each example having a thickness of 1 mm.

(2)比較例1~比較例5のサンプルの作製
比較例1~5のサンプルは、表3の配合量に従って、作製した。
(2) Preparation of Samples of Comparative Examples 1 to 5 The samples of Comparative Examples 1 to 5 were prepared according to the blending amounts in Table 3.

比較例1は、実施例1~9で用いたゴム成分であるH-NBRを用いて、実施例1と同様にプレス成形してサンプルを得た。 In Comparative Example 1, a sample was obtained by press molding in the same manner as in Example 1 using H-NBR which is a rubber component used in Examples 1 to 9.

比較例2は、カチオン界面活性剤をCNFの3倍とした他は実施例3と同様に混合工程を行った。 In Comparative Example 2, the mixing step was carried out in the same manner as in Example 3 except that the cationic surfactant was 3 times that of CNF.

比較例3は、多価アルコールをCNFの0.5倍とした他は実施例3と同様に試験片を得た。 In Comparative Example 3, a test piece was obtained in the same manner as in Example 3 except that the polyhydric alcohol was 0.5 times that of CNF.

比較例4は、多価アルコールをCNFの50倍とした他は実施例3と同様に混合工程を行ったが、ロールに巻き付かず、試験片が得られなかった。 In Comparative Example 4, the mixing step was carried out in the same manner as in Example 3 except that the polyhydric alcohol was 50 times that of CNF, but the test piece was not wrapped around the roll and no test piece was obtained.

比較例5は、多価アルコールの代わりに多価アルコールではない溶剤であるテトラヒドロフランを用いた他は実施例3と同様に試験片を得た。 In Comparative Example 5, a test piece was obtained in the same manner as in Example 3 except that tetrahydrofuran, which is a solvent other than the polyhydric alcohol, was used instead of the polyhydric alcohol.

(3)評価方法
(3-1)硬度測定
実施例及び比較例のサンプルについて、ゴム硬度(Hs(JIS A))をJIS K
6253試験に基づいて測定した。測定結果を表1~表3に示した。
(3) Evaluation method (3-1) Hardness measurement For the samples of Examples and Comparative Examples, the rubber hardness (Hs (JIS A)) is JIS K.
Measured based on the 6253 test. The measurement results are shown in Tables 1 to 3.

(3-2)引張試験
実施例及び比較例のサンプルについて、JIS6号のダンベル形状に打ち抜いた試験片について、島津製作所社製オートグラフAG-Xの引張試験機を用いて、23±2℃、標線間距離20mm、引張速度500mm/minでJIS K6251に基づいて引張試験を行い、引張強さ(TS(MPa))、切断時伸び(Eb(%))、50%モジュラス(σ50(MPa))及び100%モジュラス(σ50(MPa))を測定した。測定結果を表1~表3に示した。
(3-2) Tensile test For the samples of Examples and Comparative Examples, the test pieces punched into the dumbbell shape of JIS No. 6 were used at 23 ± 2 ° C. using a tensile tester of Autograph AG-X manufactured by Shimadzu Corporation. Tensile test was conducted based on JIS K6251 with a distance between marked lines of 20 mm and a tensile speed of 500 mm / min. Tensile strength (TS (MPa)), elongation during cutting (Eb (%)), 50% modulus (σ50 (MPa)) ) And 100% modulus (σ50 (MPa)) were measured. The measurement results are shown in Tables 1 to 3.

(3-3)引裂き試験
実施例及び比較例のサンプルを切込み無しのアングル形試験片に打ち抜き、島津製作所社製オートグラフAG-Xを用いて、引張速度500mm/minでJIS K6252に準拠して引裂き試験を行い、最大引裂き力(N)を測定し、その測定結果を試験片の厚さ1mmで除して引裂き強さ(Tr(N/mm))を計算した。測定結果を表1~表3に示した。
(3-3) Tear test Samples of Examples and Comparative Examples are punched into an angled test piece without a notch, and using an Autograph AG-X manufactured by Shimadzu Corporation, a tensile speed of 500 mm / min is compliant with JIS K6252. A tear test was performed, the maximum tear force (N) was measured, and the measurement result was divided by the thickness of the test piece of 1 mm to calculate the tear strength (Tr (N / mm)). The measurement results are shown in Tables 1 to 3.

(3-4)線膨張係数の測定
実施例及び比較例のサンプルについて、測定温度範囲における線膨張係数(CTE)の平均値(ppm(1/K))を測定した。測定装置はSII社製の熱機械分析装置TMA/SS6100、測定試料形状は20mm×2mm×1mm(チャック間10mm)、引張モードは25kPa、昇温速度は10℃/分、測定温度は20℃(室温)~100℃の平均線膨張係数を測定した。測定結果を表1~表3に示した。
(3-4) Measurement of Linear Expansion Coefficient For the samples of Examples and Comparative Examples, the average value (ppm (1 / K)) of the linear expansion coefficient (CTE) in the measurement temperature range was measured. The measuring device is a thermomechanical analyzer TMA / SS6100 manufactured by SII, the measurement sample shape is 20 mm × 2 mm × 1 mm (chuck spacing 10 mm), the tension mode is 25 kPa, the temperature rise rate is 10 ° C / min, and the measurement temperature is 20 ° C ( The average linear expansion coefficient from room temperature) to 100 ° C. was measured. The measurement results are shown in Tables 1 to 3.

(3-5)加工性評価
実施例及び比較例のサンプルについて、H-NBRが100gで試作した時の上記混合工程における加工性の評価を行った。評価結果(ロール巻き付き性が良好であって、かつ混練時間2時間以内であった場合に「○」とし、加工性が良好であったことを示した。ロール巻き付き性が良好であり、かつ混練時間2時間以上であった場合に「△」とし、加工が可能であったことを示した。ロール巻き付き性が悪く(例えばロールに対してゴムが滑って巻き付かない状態、ロール間を通ったゴムが繋がらない状態等)、かつ混練時間2時間以上であった場合に「×」とし、加工ができなかったことを示した。)を表1~表3に示した。
(3-5) Workability Evaluation For the samples of Examples and Comparative Examples, the workability in the above mixing step when H-NBR was prototyped at 100 g was evaluated. Evaluation result ("○" was given when the roll wrapping property was good and the kneading time was within 2 hours, indicating that the workability was good. The roll wrapping property was good and the kneading time was good. When the time was 2 hours or more, it was marked with "△" to indicate that processing was possible. The roll wrapping property was poor (for example, the rubber slipped around the roll and did not wrap, and passed between the rolls. When the rubber was not connected, etc.) and the kneading time was 2 hours or more, an "x" was given to indicate that the processing could not be performed.) Are shown in Tables 1 to 3.

(3-6)解繊性及び分散性の評価
実施例及び比較例のサンプルについて、日本電子社製JSM-7400Fの走査型電子顕微鏡で各サンプルの引張破断面を観察して解繊性及び分散性の評価を行った。評価結果(○は10μm以上の最大幅を有する凝集塊なしの場合、×は10μm以上の最大幅を有する凝集塊ありの場合であった)を表1~表3に示した。また、実施例1~33のサンプルには5μm以上の最大幅を有する凝集塊は見つからなかった。また、「○」のサンプルとして実施例3の電子顕微鏡写真を図5及び図6に示し、「×」のサンプルとして比較例2の電子顕微鏡写真を図7及び図8に示した。図5と図7とは1000倍であり、図6と図8とは10000倍であった。
(3-6) Evaluation of defibration and dispersibility For the samples of Examples and Comparative Examples, the tensile fracture surface of each sample was observed with a scanning electron microscope of JSM-7400F manufactured by JEOL Ltd., and the defibration and dispersion were observed. Sexual evaluation was performed. The evaluation results (◯ is the case without agglomerates having a maximum width of 10 μm or more, × is the case with agglomerates having a maximum width of 10 μm or more) are shown in Tables 1 to 3. In addition, no agglomerates having a maximum width of 5 μm or more were found in the samples of Examples 1 to 33. Further, the electron micrographs of Example 3 are shown in FIGS. 5 and 6 as samples of “◯”, and the electron micrographs of Comparative Example 2 are shown in FIGS. 7 and 8 as samples of “×”. 5 and 7 were 1000 times, and 6 and 8 were 10000 times.

(3-7)引張疲労試験
実施例及び比較例のサンプルについて、20mm×幅4mm×厚さ1mm(長辺が列理方向)の短冊状の試験片に打ち抜き、その試験片の長辺の中心から幅方向へカミソリ刃によって深さ1mmの切込みを入れ、SII社製の熱機械分析装置TMA/SS6100試験機を用いて、試験片の両端の短辺付近をチャックにて保持して(チャック間距離は10mmであった)、120℃の大気雰囲気中、周波数1Hzの条件で繰り返し応力をかけて
疲労試験を行い、複数種類の応力をかけてその応力で試験片が破断するまでの回数を測定した。測定結果を図9に示した。図9の横軸は応力である線圧(N/mm)であり、縦軸は破断までの回数(回)であった。
(3-7) Tensile Fatigue Test The samples of Examples and Comparative Examples were punched into a strip-shaped test piece of 20 mm × width 4 mm × thickness 1 mm (long side is in the columnar direction), and the center of the long side of the test piece. Make a 1 mm deep notch with a razor blade in the width direction from the top, and use a thermomechanical analyzer TMA / SS6100 tester manufactured by SII to hold the short sides of both ends of the test piece with a chuck (between chucks). The distance was 10 mm), a fatigue test was performed by repeatedly applying stress under the condition of a frequency of 1 Hz in an air atmosphere of 120 ° C., and the number of times until the test piece was broken by the stress was measured by applying multiple types of stress. did. The measurement results are shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 9 is the linear pressure (N / mm) which is the stress, and the vertical axis is the number of times (times) until the fracture.

Figure 0007029125000001
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Figure 0007029125000002
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Figure 0007029125000003
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(4)評価
実施例1~実施例9は、比較例1に比べて引張強さ(TS)が大きかった。
(4) Evaluation The tensile strength (TS) of Examples 1 to 9 was larger than that of Comparative Example 1.

実施例1~実施例7は、比較例1に比べて50%モジュラス(σ50)、100%モジュラス(σ100)、引裂き強さ(Tr)及び線膨張係数の値が優れていた。 Examples 1 to 7 were superior to Comparative Example 1 in the values of 50% modulus (σ50), 100% modulus (σ100), tear strength (Tr), and linear expansion coefficient.

実施例8,9は、実施例3異なるカチオン界面活性剤を用いたが、実施例3と同程度の評価が得られた。 Examples 8 and 9 used different cationic surfactants from Example 3, but the same evaluation as in Example 3 was obtained.

実施例1~実施例9は、比較例2,3,5に比べて解繊性及び分散性に優れていた。実施例1~実施例9のサンプルには最大幅が10μm以上の凝集塊がなかった。図5及び図6に示すように電子顕微鏡写真では10μmを超える塊がなかった。比較例2,3,5のサンプルには10μm以上の凝集塊があった。図7及び図8に示すように電子顕微鏡写真には凝集塊の幅が10μmを超える大きなCNFの塊が多数発見された。比較例4はオープンロールによる混練が困難であったためサンプルを評価できなかった。 Examples 1 to 9 were superior in defibration and dispersibility as compared with Comparative Examples 2, 3 and 5. The samples of Examples 1 to 9 did not have agglomerates having a maximum width of 10 μm or more. As shown in FIGS. 5 and 6, electron micrographs showed no mass larger than 10 μm. The samples of Comparative Examples 2, 3 and 5 had agglomerates of 10 μm or more. As shown in FIGS. 7 and 8, a large number of large CNF masses having an agglomerate width of more than 10 μm were found in the electron micrographs. In Comparative Example 4, the sample could not be evaluated because it was difficult to knead with an open roll.

実施例1~6,8,9は、比較例2~5に比べて加工性に優れていた。実施例7は多価アルコールの配合量が実施例1~6,7,8より多いことから混合物がオープンロールに巻き付きにくくなる傾向を示したが、比較例2,4に比べれば実施例7の加工性は優れていた。 Examples 1 to 6, 8 and 9 were superior in workability as compared with Comparative Examples 2 to 5. In Example 7, since the blending amount of the polyhydric alcohol was larger than in Examples 1 to 6, 7, and 8, the mixture tended to be less likely to wrap around the open roll, but compared with Comparative Examples 2 and 4, in Example 7. The workability was excellent.

図9によれば、実施例2は解繊されたCNFにより、同じ線圧であれば破断までの回数が1桁以上多くなった。 According to FIG. 9, in Example 2, due to the defibrated CNF, the number of times until fracture was increased by one order of magnitude or more at the same linear pressure.

(5)実施例10~15のサンプルの作製
CNF分散液を得る工程、乾燥工程、混合工程、除去工程及び成形工程は、表4,5の配合に従って、実施例1と同様にして実施例10~15の複合材料のサンプルを得た。
(5) Preparation of Samples of Examples 10 to 15 The steps of obtaining the CNF dispersion, the drying step, the mixing step, the removing step, and the molding step are the same as in Example 1 according to the formulations shown in Tables 4 and 5. Samples of ~ 15 composite materials were obtained.

表4及び表5において、
「NBR」:三元共重合体XNBR(カルボシキ変性NBR)、日本ゼオン社製Nipol NX775、ニトリル量26.7%、ムーニー粘度44.0、
「EG」:東京化成工業社製、エチレングリコール、
であった。なお、「CNF」、「K1」及び「DEG」:実施例1と同じであった。
In Tables 4 and 5,
"NBR": ternary copolymer XNBR (Carbosiki-modified NBR), Nippon Zeon Corporation Nipol NX775, nitrile amount 26.7%, Mooney viscosity 44.0,
"EG": Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., ethylene glycol,
Met. In addition, "CNF", "K1" and "DEG": were the same as in Example 1.

実施例10~実施例15は、実施例1~実施例9とは異なるゴム成分を採用した。実施例10~実施例12は、同一の配合の繊維材料を用いて、CNFの配合量を5.0質量部から20.0質量部まで変化させた。実施例13は、多価アルコールをCNFの5倍とした他は実施例12と同様に複合材料を得た。実施例14は、カチオン界面活性剤として塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウムを用いて、その他は実施例13と同様にして複合材料を得た。実施例15は多価アルコールとしてエチレングリコールを用いて、その他は実施例12と同様に複合材料を得た。 In Examples 10 to 15, different rubber components from those in Examples 1 to 9 were adopted. In Examples 10 to 12, the blending amount of CNF was changed from 5.0 parts by mass to 20.0 parts by mass using the same fiber material. In Example 13, a composite material was obtained in the same manner as in Example 12, except that the polyhydric alcohol was 5 times that of CNF. In Example 14, hexadecyltrimethylammonium chloride was used as the cationic surfactant, and a composite material was obtained in the same manner as in Example 13 except for the above. In Example 15, ethylene glycol was used as the polyhydric alcohol, and the other composite materials were obtained in the same manner as in Example 12.

(6)比較例6及び比較例7のサンプルの作製
比較例6,7のサンプルは、表5の配合量に従って、作製した。
(6) Preparation of Samples of Comparative Examples 6 and 7 The samples of Comparative Examples 6 and 7 were prepared according to the blending amounts in Table 5.

比較例6は、実施例10~15で用いたゴム成分であるNBRを用いて、実施例10と同様にプレス成形してサンプルを得た。 In Comparative Example 6, a sample was obtained by press molding in the same manner as in Example 10 using NBR which is a rubber component used in Examples 10 to 15.

比較例7は、多価アルコールをCNFの1.5倍にした他は実施例12と同様に試験片を得た。 In Comparative Example 7, a test piece was obtained in the same manner as in Example 12 except that the polyhydric alcohol was 1.5 times as much as CNF.

(7)評価方法
実施例10~15及び比較例6,7について、実施例1と同様の条件で上記評価試験(3)を行った。
(7) Evaluation Method The above evaluation test (3) was performed on Examples 10 to 15 and Comparative Examples 6 and 7 under the same conditions as in Example 1.

Figure 0007029125000004
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Figure 0007029125000005
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(8)評価
実施例10は、比較例6に比べて50%モジュラス(σ50)及び100%モジュラス(σ100)の値が大きかった。実施例11は、比較例6に比べて50%モジュラス(σ50)、100%モジュラス(σ100)の値が大きかった。
(8) Evaluation In Example 10, the values of 50% modulus (σ50) and 100% modulus (σ100) were larger than those of Comparative Example 6. In Example 11, the values of 50% modulus (σ50) and 100% modulus (σ100) were larger than those of Comparative Example 6.

実施例12~15は、比較例6,7に比べて引張強さ(TS)、50%モジュラス(σ50)及び100%モジュラス(σ100)の値が大きかった。 In Examples 12 to 15, the values of tensile strength (TS), 50% modulus (σ50) and 100% modulus (σ100) were larger than those of Comparative Examples 6 and 7.

実施例10~実施例15は、比較例6,7に比べて解繊性及び分散性に優れていた。また、実施例10~15は、比較例7に比べて加工性に優れていた。 Examples 10 to 15 were superior in defibration and dispersibility as compared with Comparative Examples 6 and 7. Further, Examples 10 to 15 were superior in processability as compared with Comparative Example 7.

(9)実施例16~25のサンプルの作製
CNF分散液を得る工程、混合工程、除去工程及び成形工程は表6,7の配合に従って実施例1と同様にして、また乾燥工程は以下のようにして、実施例16~25の複合材料のサンプルを得た。
(9) Preparation of Samples of Examples 16 to 25 The steps of obtaining the CNF dispersion, the mixing step, the removing step and the molding step are the same as those of Example 1 according to the formulations shown in Tables 6 and 7, and the drying step is as follows. A sample of the composite material of Examples 16 to 25 was obtained.

乾燥工程:CNF分散液をバットに流し込み、オーブンにて40℃、3日間乾燥して水系溶媒を除去し、繊維材料を得た。 Drying step: The CNF dispersion was poured into a vat and dried in an oven at 40 ° C. for 3 days to remove an aqueous solvent to obtain a fiber material.

表6~表8において、
「シリコーンゴム」:信越化学工業社製、KE-551-U、
であった。なお、「CNF」、「K1」、「K3」及び「DEG」:実施例1~9と同じであった。
In Tables 6 to 8,
"Silicone rubber": Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KE-551-U,
Met. In addition, "CNF", "K1", "K3" and "DEG": were the same as in Examples 1-9.

実施例16~実施例25は、実施例1~実施例9とは異なるゴム成分を採用した。実施例16~実施例18は、同一の配合の繊維材料を用いて、CNFの配合量を5.0質量部から20.0質量部まで変化させた。実施例19は、カチオン界面活性剤を塩化トリメチルステアリルアンモニウムにした以外は実施例18と同様に複合材料を得た。実施例20~実施例22は、多価アルコールの配合量を変えた以外は実施例18と同様に複合材料を得た。実施例23,24は、カチオン界面活性剤の配合量を変えた以外は実施例18と同様にして複合材料を得た。実施例25は多価アルコールの配合量を変えた以外は実施例18と同様に複合材料を得た。 In Examples 16 to 25, different rubber components from those in Examples 1 to 9 were adopted. In Examples 16 to 18, the blending amount of CNF was changed from 5.0 parts by mass to 20.0 parts by mass using the same fiber material. In Example 19, a composite material was obtained in the same manner as in Example 18 except that the cationic surfactant was trimethylstearylammonium chloride. In Examples 20 to 22, a composite material was obtained in the same manner as in Example 18 except that the blending amount of the polyhydric alcohol was changed. In Examples 23 and 24, a composite material was obtained in the same manner as in Example 18 except that the blending amount of the cationic surfactant was changed. In Example 25, a composite material was obtained in the same manner as in Example 18 except that the blending amount of the polyhydric alcohol was changed.

(10)比較例8~13のサンプルの作製
比較例8~13のサンプルは、表8の配合量に従って、作製した。
(10) Preparation of Samples of Comparative Examples 8 to 13 The samples of Comparative Examples 8 to 13 were prepared according to the blending amounts in Table 8.

比較例8は、実施例16~25で用いたゴム成分であるシリコーンゴムを用いて、実施例16と同様にプレス成形してサンプルを得た。比較例9は、多価アルコールを含まない点以外は実施例18と同様に試験片を得た。比較例10は、界面活性剤を含まない点以外は実施例18と同様に混合工程を行ったがロールに巻き付かず、試験片が得られなかった。比較例11及び12は、多価アルコールの配合量を変えた点以外は実施例18と同様に各製造工程を行い、比較例11はロールに巻き付かず、試験片が得られず、比較例12についは試験片を得た。比較例13は、界面活性剤の配合量を変えた点以外は実施例18と同様に混合工程を行ったが、ロールに巻き付かず、試験片が得られなかった。 In Comparative Example 8, a sample was obtained by press molding in the same manner as in Example 16 using the silicone rubber which is the rubber component used in Examples 16 to 25. Comparative Example 9 obtained a test piece in the same manner as in Example 18 except that it did not contain a polyhydric alcohol. In Comparative Example 10, the mixing step was carried out in the same manner as in Example 18 except that it did not contain a surfactant, but it did not wrap around the roll and no test piece was obtained. In Comparative Examples 11 and 12, each manufacturing process was carried out in the same manner as in Example 18 except that the blending amount of the polyhydric alcohol was changed. Finally, a test piece was obtained. In Comparative Example 13, the mixing step was carried out in the same manner as in Example 18 except that the blending amount of the surfactant was changed, but the test piece was not wrapped around the roll and a test piece could not be obtained.

(11)評価方法
実施例16~25及び比較例8,9,12について、実施例1と同様の条件で上記評価試験(3)を行った。実施例16~25及び比較例8,9,12では引張試験の結果から破壊エネルギーを算出して評価した。
(11) Evaluation Method The above evaluation test (3) was carried out on Examples 16 to 25 and Comparative Examples 8, 9 and 12 under the same conditions as in Example 1. In Examples 16 to 25 and Comparative Examples 8, 9 and 12, the fracture energy was calculated and evaluated from the results of the tensile test.

Figure 0007029125000006
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Figure 0007029125000007
Figure 0007029125000007

Figure 0007029125000008
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(12)評価
実施例16~25は、比較例8に比べて引張強さ(TS)、50%モジュラス(σ50)、100%モジュラス(σ100)及び破壊エネルギーの値が大きかった。実施例18に比べて多価アルコールが多い実施例21,22,25は、加工性が低下した。実施例18に比べて界面活性剤が多い実施例24は、加工性が低下した。
(12) Evaluation In Examples 16 to 25, the values of tensile strength (TS), 50% modulus (σ50), 100% modulus (σ100) and fracture energy were larger than those of Comparative Example 8. In Examples 21 and 22 and 25 in which the amount of polyhydric alcohol was higher than that in Example 18, the processability was deteriorated. In Example 24, in which the amount of surfactant was larger than that in Example 18, the processability was lowered.

比較例9,12は、多価アルコールを配合しないかまたは少なすぎるため、セルロースナノファイバーの解繊性及び分散性が低かった。 In Comparative Examples 9 and 12, the defibration and dispersibility of the cellulose nanofibers were low because the polyhydric alcohol was not blended or was too small.

(13)実施例26~33のサンプルの作製
CNF分散液を得る工程、乾燥工程、混合工程、除去工程及び成形工程は、表9,10の配合に従って、実施例16と同様にして実施例26~33のCNF分散液を得た。
(13) Preparation of Samples of Examples 26 to 33 The steps of obtaining the CNF dispersion, the drying step, the mixing step, the removing step, and the molding step are the same as those of Example 16 according to the formulations shown in Tables 9 and 10. -33 CNF dispersions were obtained.

表9~表11において、
「SBR」:JSR社製の乳化重合スチレン・ブタジエンゴム、JSR-1500、
「変性SBR」:旭化成社製の変性溶液重合スチレン・ブタジエンゴム、タフデンE580(「タフデン」は登録商標)、
であった。なお、「CNF」、「K1」、「K3」及び「DEG」:実施例1~9と同じであった。
In Tables 9 to 11,
"SBR": Emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber manufactured by JSR Corporation, JSR-1500,
"Modified SBR": Modified solution-polymerized styrene-butadiene rubber manufactured by Asahi Kasei Corporation, Toughden E580 ("Toughden" is a registered trademark),
Met. In addition, "CNF", "K1", "K3" and "DEG": were the same as in Examples 1-9.

実施例26~実施例33は、実施例1~実施例9とは異なるゴム成分を採用した。実施例26~実施例28は、同一の配合の繊維材料を用いて、CNFの配合量を5.0質量部から20.0質量部まで変化させた。実施例29,30は、ゴム成分を2種類のスチレン‐ブタジエンゴムを用いて実施例28と同様に複合材料を得た。実施例30は、カチオン界面活性剤を塩化トリメチルステアリルアンモニウムにした以外は実施例29と同様に複合材料を得た。実施例31,32は、カチオン界面活性剤の配合量を変えた以外は実施例28と同様にして複合材料を得た。実施例33は、多価アルコールの配合量を変えた以外
は実施例28と同様に複合材料を得た。
In Examples 26 to 33, different rubber components from those in Examples 1 to 9 were adopted. In Examples 26 to 28, the blending amount of CNF was changed from 5.0 parts by mass to 20.0 parts by mass by using the same fiber material. In Examples 29 and 30, a composite material was obtained in the same manner as in Example 28 using two types of styrene-butadiene rubber as the rubber component. In Example 30, a composite material was obtained in the same manner as in Example 29 except that the cationic surfactant was trimethylstearylammonium chloride. In Examples 31 and 32, a composite material was obtained in the same manner as in Example 28 except that the blending amount of the cationic surfactant was changed. In Example 33, a composite material was obtained in the same manner as in Example 28 except that the blending amount of the polyhydric alcohol was changed.

(14)比較例14~20のサンプルの作製
比較例14~20のサンプルは、表11の配合量に従って、作製した。
(14) Preparation of Samples of Comparative Examples 14 to 20 The samples of Comparative Examples 14 to 20 were prepared according to the blending amounts in Table 11.

比較例14は、実施例26~28,31~33で用いたゴム成分であるスチレン・ブタジエンゴムを用いて、実施例26と同様にプレス成形してサンプルを得た。比較例15は、界面活性剤及び多価アルコールを含まない点以外は実施例28と同様に試験片を得た。比較例16は、多価アルコールを含まない点以外は実施例28と同様に試験片を得た。比較例17は、界面活性剤を含まない点以外は実施例28と同様に混合工程を行ったがロールに巻き付かず、試験片が得られなかった。比較例18は、実施例29,30で用いたゴム成分であるシリコーンゴムを用いて、実施例29と同様にプレス成形してサンプルを得た。比較例19及び20は、多価アルコールの配合量を変えた点以外は実施例28と同様に各製造工程を行い、比較例19はロールに巻き付かず試験片が得られず、比較例20についは試験片を得た。 In Comparative Example 14, a sample was obtained by press molding in the same manner as in Example 26 using the styrene-butadiene rubber which is the rubber component used in Examples 26 to 28 and 31 to 33. Comparative Example 15 obtained a test piece in the same manner as in Example 28 except that it did not contain a surfactant and a polyhydric alcohol. Comparative Example 16 obtained a test piece in the same manner as in Example 28 except that it did not contain a polyhydric alcohol. In Comparative Example 17, the mixing step was carried out in the same manner as in Example 28 except that it did not contain a surfactant, but it did not wrap around the roll and no test piece was obtained. In Comparative Example 18, a sample was obtained by press molding in the same manner as in Example 29 using the silicone rubber which is the rubber component used in Examples 29 and 30. In Comparative Examples 19 and 20, each manufacturing process was carried out in the same manner as in Example 28 except that the blending amount of the polyhydric alcohol was changed. In Comparative Example 19, no test piece was obtained because the product was not wrapped around the roll, and Comparative Example 20 was obtained. Finally, I got a test piece.

(15)評価方法
実施例26~33及び比較例14~16,18,20について、実施例1と同様の条件で上記評価試験(3)を行った。実施例26~33及び比較例14~16,18,20では引張試験の結果から破壊エネルギーを算出して評価した。
(15) Evaluation Method The above evaluation test (3) was carried out on Examples 26 to 33 and Comparative Examples 14 to 16, 18 and 20 under the same conditions as in Example 1. In Examples 26 to 33 and Comparative Examples 14 to 16, 18 and 20, the fracture energy was calculated and evaluated from the results of the tensile test.

Figure 0007029125000009
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Figure 0007029125000010
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Figure 0007029125000011
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(16)評価
実施例26~28,31~33は、比較例14に比べて引張強さ(TS)、50%モジュラス(σ50)、100%モジュラス(σ100)及び破壊エネルギーの値が大きかった。実施例29,30は、比較例18に比べて引張強さ(TS)、50%モジュラス(σ50)、100%モジュラス(σ100)及び破壊エネルギーの値が大きかった。実施例28に比べて界面活性剤が多い実施例32は、加工性が低下した。実施例28に比べて多価アルコールが多い実施例33は、加工性が低下した。
(16) Evaluation In Examples 26 to 28 and 31 to 33, the values of tensile strength (TS), 50% modulus (σ50), 100% modulus (σ100) and fracture energy were larger than those of Comparative Example 14. In Examples 29 and 30, the values of tensile strength (TS), 50% modulus (σ50), 100% modulus (σ100) and fracture energy were larger than those of Comparative Example 18. In Example 32, in which the amount of surfactant was larger than that in Example 28, the processability was lowered. In Example 33, in which the amount of polyhydric alcohol was higher than that in Example 28, the processability was lowered.

2…オープンロール、10…第1のロール、20…第2のロール、30…ゴム成分、34…バンク、36…中間混合物、50…複合材料、d…ロール間隔、V1,V2…回転速度 2 ... open roll, 10 ... first roll, 20 ... second roll, 30 ... rubber component, 34 ... bank, 36 ... intermediate mixture, 50 ... composite material, d ... roll spacing, V1, V2 ... rotation speed

Claims (9)

水系溶媒にセルロースナノファイバーが分散したセルロースナノファイバー水分散液とカチオン界面活性剤と多価アルコールとを混合してCNF分散液を得る工程と、
前記CNF分散液から水系溶媒を除去して繊維材料を得る乾燥工程と、
前記繊維材料をゴム成分と混合して複合材料を得る混合工程と、
を含み、
前記CNF分散液における前記セルロースナノファイバーに対する前記カチオン界面活性剤の質量比が0.1倍~2.0倍であり、
前記CNF分散液における前記セルロースナノファイバーに対する前記多価アルコールの質量比が2.0倍~20.0倍である、複合材料の製造方法。
A step of mixing a cellulose nanofiber aqueous dispersion in which cellulose nanofibers are dispersed in an aqueous solvent, a cationic surfactant, and a polyhydric alcohol to obtain a CNF dispersion.
A drying step of removing an aqueous solvent from the CNF dispersion to obtain a fiber material, and a drying step.
A mixing step of mixing the fiber material with a rubber component to obtain a composite material,
Including
The mass ratio of the cationic surfactant to the cellulose nanofibers in the CNF dispersion is 0.1 to 2.0 times.
A method for producing a composite material, wherein the mass ratio of the polyvalent alcohol to the cellulose nanofibers in the CNF dispersion is 2.0 to 20.0 times.
請求項1において、
前記カチオン界面活性剤は、1級~3級のアミン塩及び4級アンモニウム塩のいずれか1つ以上ではある、複合材料の製造方法。
In claim 1,
A method for producing a composite material, wherein the cationic surfactant is one or more of a primary to tertiary amine salt and a quaternary ammonium salt.
請求項1において、
前記カチオン界面活性剤は、炭素数が10~18の長鎖アルキル基を有する4級アンモニウム塩である、複合材料の製造方法。
In claim 1,
The method for producing a composite material, wherein the cationic surfactant is a quaternary ammonium salt having a long-chain alkyl group having 10 to 18 carbon atoms.
請求項1~3のいずれか1項において、
前記多価アルコールは、2価アルコール及び3価アルコールの少なくとも一方である、複合材料の製造方法。
In any one of claims 1 to 3,
The method for producing a composite material, wherein the polyhydric alcohol is at least one of a dihydric alcohol and a trihydric alcohol.
請求項1~4のいずれか1項において、
前記混合工程は、ロール間隔が0mmを超え0.5mm以下に設定されかつロール温度が0℃~50℃に設定されたオープンロールを用いて薄通しする、複合材料の製造方法。
In any one of claims 1 to 4,
The mixing step is a method for producing a composite material, in which an open roll having a roll interval of more than 0 mm and 0.5 mm or less and a roll temperature of 0 ° C. to 50 ° C. is used for thinning.
請求項1~5のいずれか1項において、
前記ゴム成分がニトリルゴムである、複合材料の製造方法。
In any one of claims 1 to 5,
A method for producing a composite material, wherein the rubber component is nitrile rubber.
請求項1~5のいずれか1項において、
前記ゴム成分がシリコーンゴムである、複合材料の製造方法。
In any one of claims 1 to 5,
A method for producing a composite material, wherein the rubber component is silicone rubber.
請求項1~5のいずれか1項において、
前記ゴム成分がスチレン・ブタジエンゴムである、複合材料の製造方法。
In any one of claims 1 to 5,
A method for producing a composite material, wherein the rubber component is styrene-butadiene rubber.
請求項1~8のいずれか1項において、
前記混合工程で得られる前記複合材料を加熱炉内で加熱するとともに、前記加熱炉内を脱気することにより、前記複合材料に残存する多価アルコールを除去する除去工程をさらに含む、複合材料の製造方法。
In any one of claims 1 to 8,
A composite material comprising a removal step of heating the composite material obtained in the mixing step in a heating furnace and degassing the inside of the heating furnace to remove polyvalent alcohol remaining in the composite material. Production method.
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