JP7121424B2 - ポリエステル樹脂組成物 - Google Patents
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Description
水溶性ポリエステル樹脂(A)は、多価カルボン酸の残基とポリオールの残基とを有する。水溶性ポリエステル樹脂(A)は、例えば多価カルボン酸成分(a)とポリオール成分(b)とを含むモノマー成分の重合生成物である。
多価カルボン酸の残基は、多価カルボン酸成分(a)に由来する。多価カルボン酸成分(a)は、多価カルボン酸と多価カルボン酸のエステル形成性誘導体とのうち少なくとも一方を含む。多価カルボン酸のエステル形成性誘導体とは、多価カルボン酸から誘導された化合物であり、カルボキシル基由来のエステル形成性誘導基を有する。カルボキシル基由来のエステル形成性誘導基は、ヒドロキシル基と反応してエステルを形成できる基であり、例えばカルボキシル基を無水化した基、カルボキシル基をエステル化した基、及びカルボキシル基をハロゲン化した基からなる群から選択される少なくとも一種の基を含む。
る。この場合、水溶性ポリエステル樹脂(A)は高い水溶性を有することができる。三価以上の多価カルボン酸は、例えばヘミメリット酸、トリメリット酸、トリメジン酸、メロファン酸、ピロメリット酸、ベンゼンペンタカルボン酸、メリット酸、シクロプロパン-1,2,3-トリカルボン酸、シクロペンタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸、及びエタンテトラカルボン酸からなる群から選択される少なくとも一種の化合物を含む。
ポリオールの残基は、ポリオール成分(b)に由来する。ポリオール成分(b)は、ポリオールとポリオールのエステル形成性誘導体とのうち少なくとも一方を含む。ポリオールのエステル形成性誘導体とは、ポリオールから誘導された化合物であり、ヒドロキシル基由来のエステル形成性誘導基を有する。ヒドロキシル基由来のエステル形成性誘導基は、カルボキシル基と反応してエステルを形成できる基であり、例えばヒドロキシル基をアセテート化した基を含む。
:1~1:2.5の範囲となるように調整されることが好ましい。なお、この場合、水溶性付与成分である三価以上の多価カルボン酸類は、ジカルボン酸とみなして割合が算出される。
水溶性ポリエステル樹脂(A)は、公知のポリエステル製造方法により、多価カルボン酸成分(a)及びポリオール成分(b)を含有するモノマー成分を重合させることによって生成される。
次に、セルロースナノファイバー(B)について、具体的に説明する。
引き、軸に交錯する繊維の繊維径を目視で読み取る。このようにして最低3枚の重複しない表面部分の画像を、電子顕微鏡で撮影し、各々2つの軸に交錯する繊維の繊維径の値を読み取る(したがって、最低20本×2×3=120本の繊維径の情報が得られる)。このようにして得られた繊維径の結果から、数平均繊維径、及び最大繊維径を算出できる。
まず、溶媒中に天然セルロースを分散させるとともに天然セルロースを溶媒で十分に膨潤させることで、分散液を調製する。溶媒は、水であることが好ましい。分散液中の天然セルロース濃度は、天然セルロースの十分な拡散が可能な濃度であれば任意である。なお、分散液中で天然セルロースを溶媒で十分に膨潤させた後、分散液中に含まれる金属イオン、並びに天然セルロースの繊維内部、及び表面に付着する金属イオンを除去するために例えば、塩酸等による酸洗浄を行うことも好ましい。
化剤は、例えば次亜ハロゲン酸、その塩、亜ハロゲン酸、その塩、過ハロゲン酸、その塩、過酸化水素、並びに過有機酸からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有する。共酸化剤は、アルカリ金属次亜ハロゲン酸塩を含むことが好ましい。アルカリ金属次亜ハロゲン酸塩の例は、次亜塩素酸ナトリウム、及び次亜臭素酸ナトリウムを含む。なお、共酸化剤とは、直接的にセルロースのヒドロキシル基を酸化する物質ではなく、酸化触媒として用いられるN-オキシル化合物を酸化する物質のことである。
(I)酸化反応工程では、天然セルロース分子中のグルコースユニットのC6位の一部のヒドロキシル基がカルボキシル基に酸化される以外にも、セルロース分子中の一部のヒドロキシル基がアルデヒド基及びケトン基に酸化変性されることがあるため、酸化セルロース上に少量のアルデヒド基及びケトン基が生成する。そのため、本実施形態の方法は、上記(I)酸化反応工程の後、後述の(II)精製工程の前に、更に酸化セルロースを還元剤で処理することでアルデヒド基及びケトン基を還元する追還元工程を含むことが好ましい。これにより、アルデヒド基及びケトン基を還元してヒドロキシル基に変換できる。
応させる。これにより、アルデヒド基及びケトン基を還元してヒドロキシル基に変換できる。
BH4)、水素化シアノホウ素ナトリウム(NaBH3CN)等のヒドリド還元剤を含む。
(I)酸化反応工程、又は(I’)追還元工程の後、酸化セルロースを含む混合液、又は酸化セルロースを含むケーキ状の生成物を精製してもよい。精製工程では、酸化セルロースから未反応の原料、副生成物等を除去して、酸化セルロースを精製することができる。このとき、例えば酸化セルロースを含む混合液に対して、水洗と濾過とを繰り返しおこなう。これにより、高純度(99質量%以上)の酸化セルロースが水中に分散した水分散液が、得られる。精製にあたり、連続式デカンター等の適宜の装置を使用してよい。このようにして得られる酸化セルロースを含む水分散液は、酸化セルロースの固形分濃度が約10~50質量%の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、後述の分散工程(III)において、分散のために要するエネルギーが過剰になることを抑えることができる。
上記のような各工程で得られた酸化セルロースを含む混合液、酸化セルロースを含むケーキ状の生成物、又は酸化セルロースを含む水分散液を、水系の分散媒体中に、更に分散させるための分散処理を行うことで、セルロースナノファイバー(B)の分散体を得ることができる。
の分散体の乾燥法としては、公知の方法が採用でき、例えば分散媒体が水である場合には、スプレードライ、凍結乾燥法等が挙げられ、分散媒体が水と有機溶剤との混合溶媒である場合には、ドラムドライヤーによる乾燥法、スプレードライヤーによる噴霧乾燥法が挙げられる。
カルボキシル基量(mmol/g)=V(ml)×[0.05/セルロースの重量]・・・(1)
ポリエステル樹脂組成物は、上述の水溶性ポリエステル樹脂(A)と、セルロースナノファイバー(B)とを含有する。水溶性ポリエステル樹脂(A)が水溶性を有することで、セルロースナノファイバー(B)の優れた分散性を確保できる。このため、ポリエステル樹脂とセルロースナノファイバーとを含有するにもかかわらず、このポリエステル樹脂組成物から形成される成形品は、高い透明性、及び耐熱性を確保できるとともに、高い機械的強度を有することができる。
ける(III)分散工程で得られたセルロースナノファイバー(B)の分散体であってもよい。また、(III)分散工程後に乾燥させて得たセルロースナノファイバー(B)の乾燥体を、容器に入れ、そこに水系の溶媒を添加した後、例えばホモミキサーやホモジナイザーを用いて分散処理することによって、水系の溶媒中に分散させ、セルロースナノファイバー(B)の分散体を調製してもよい。
(1-1)水溶性ポリエステル樹脂(PES-1~PES-11)の合成
攪拌機、窒素ガス導入口、温度計、精留塔、及び冷却器を備えた容量1000mlの反応容器中に、触媒であるチタンテトラブトキシド、並びに表1中の「多価カルボン酸成分」、「ポリオール成分」の欄に示す成分を入れることで混合液を調製した。多価カルボン酸成分:ポリオール成分のモル比は、1:2である。この混合液を、常圧下、窒素雰囲気中で攪拌混合しながら、200℃まで加熱し、続いて4時間かけて250℃まで徐々に昇温することで、エステル交換反応を進行させた。
攪拌機、窒素ガス導入口、温度計、精留塔、及び冷却器を備えた容量1000mlの反応容器中に、触媒であるチタンテトラブトキシド、並びに表1中の「多価カルボン酸成分」、「ポリオール成分」の欄に示す成分を入れることで混合液を調製し、(1-1)と同様の条件でエステル交換反応、続いて重合反応を進行させることで、非水溶性ポリエステル樹脂を得た。
・PEG1000:ポリエチレングリコール三洋化成工業株式会社製(数平均分子量約1000)。
(2-1)セルロースナノファイバー(TOC-1~TOC-8)の水系分散体の調製
針葉樹漂白クラフトパルプを水で十分に膨潤させた後、酸による洗浄を行うことで金属
イオンを除去した。
それぞれ中和塩基として使用した。
セルロースシングルナノファイバー(第一工業製薬株式会社製、品名レオクリスタC-2SP)に蒸留水を添加することで、酸化セルロース(カルボキシル基量1.64mmol/g、数平均繊維径3nm、最大繊維径50nm未満)を0.1質量%の割合で含有する水分散液を調製した。調製した水分散液をホモミキサー(PRIMIX社製 ホモミクサーMARKII)を用いて、更に分散させた。これにより、レオクリスタC-2SPの水系分散体を調整した。
[実施例1~36]
(1-1)で得た濃度25質量%の水溶性ポリエステル樹脂溶液と、(2)で得たセルロースナノファイバーの水系分散体を、ポリエステル樹脂に対するセルロースナノファイバーの量(質量%)が表2~5に記載の割合となるように混合し、ホモミキサー(PRIMIX社製 ホモミクサーMARKII)及び高剪断型ホモミキサー(エム・テクニック株式会社製クレアミックスCLM-1.5S)を用いて均一に混合した。これにより、実施例1~36のポリエステル樹脂組成物をそれぞれ調製した。各実施例におけるポリエステル樹脂の種類、及びセルロースナノファイバーの種類は、表2~5に示す通りである。
(1-1)で得た樹脂濃度(樹脂固形分)25質量%の水溶性ポリエステル樹脂溶液を、そのままポリエステル樹脂組成物とした。各比較例におけるポリエステル樹脂の種類は、表5~6に示す通りである。
(1-1)で得た濃度25質量%の水溶性ポリエステル樹脂(PES-1)溶液と、メチルセルロース(信越化学工業株式会社製、品名メトローズSM15、メトキシ基置換度1.8)とを、ポリエステル樹脂に対するメチルセルロースの量が10質量%となるように配合し、これらをホモミキサー(PRIMIX社製 ホモミクサーMARKII)及び高剪断型ホモミキサー(エム・テクニック株式会社製クレアミックスCLM-1.5S)を用いて混合した。これにより、ポリエステル樹脂組成物を調製した。
(1-2)で得た濃度25質量%の非水溶性ポリエステル樹脂(PES-12)溶液と、(2)で得たセルロースナノファイバーの水系分散体を、ポリエステル樹脂に対するセルロースナノファイバーの量10%で添加し、ホモミキサー(PRIMIX社製 ホモミクサーMARKII)及び高剪断型ホモミキサー(エム・テクニック株式会社製クレアミックスCLM-1.5S)を用いて混合させるための処理を施したが、分散せず、均一に混合させることが困難であった。したがって、比較例13については、以下の(4)の評価試験を行っていない。
ポリエステル樹脂組成物に対し、以下の評価試験をおこなった。なお、評価結果は、後掲の表2~6に示した。
ポリプロピレン製のシャーレにポリエステル樹脂組成物を入れ、これを温度40℃で一晩乾燥した後、更に温度90℃で加熱することで、完全に乾燥した状態(絶乾状態)の膜厚200μmのフィルムを作製した。このフィルムを裁断して、寸法50mm×5mmの短冊状の試験片を作製し、この試験片を温度25℃、湿度60%の恒温恒湿機内に半日以上静置した。続いて、試験片の引張試験を、引張試験機(株式会社エー・アンド・ディ製
テンシロン万能材料試験機)を用いて、引張速度100mm/minの条件で行った。
引張試験中の最大荷重を、試験片の試験前の断面積で割ることで、引張強度(MPa)を算出した。
(4-1)と同様に、試験片の引張試験を実施した。破断する直前での試験片の伸び量を、試験片の試験前の長さで割ることで、伸度(%)を算出した。
ポリプロピレン製のシャーレにポリエステル樹脂組成物を入れ、これを温度40℃で一晩乾燥した後、更に温度90℃で加熱することで、完全に乾燥した状態(絶乾状態)の膜厚50μmのフィルムを作製した。このフィルムを裁断して、寸法20mm×5mmの短冊状の試験片を作製した。この試験片を、株式会社リガク製のTMAを用いて、試験片に9.8mNの荷重をかけながら、試験片を昇温速度5℃/minで室温から200℃まで昇温し、試験片の伸び量を測定した結果、下記のように評価した。
B:Aを満たさず、150℃での形状変化率5%未満
C:A及びBを満たさず、100℃での形状変化率5%未満
D:A及びBを満たさず、100℃での形状変化率5%以上
(4-4)柔軟性
PETフィルム(東レ株式会社製、品名ルミラーT-60、膜厚100μm)上にポリエステル樹脂組成物を塗布・乾燥し、膜厚15μm又は3μmの皮膜を作製した。この皮膜を、直径2mmの円筒形マンドレル屈曲試験器を用い、マンドレル外形に沿って完全に折り曲げてから、皮膜の外観を観察し、下記のように評価した。
B:膜厚が15μmの皮膜に割れが見られたが、膜厚が3μmの皮膜に割れが見られなかった
(4-5)透明性(全光線透過率)
PETフィルム(東レ株式会社製、品名ルミラーT-60、膜厚100μm)上にポリエステル樹脂組成物を塗布・乾燥し、膜厚3μmの皮膜を作製した。この皮膜の全光線透過率(%)を、ヘーズメーター(日本電色工業製、型番NDH2000)を用いて測定した。
PETフィルム(東レ株式会社製、品名ルミラーT-60、膜厚100μm)上にポリエステル樹脂組成物を塗布・乾燥し、膜厚3μmの皮膜を作製した。この皮膜に、ニチバン製セロテープ(登録商標)を貼りつけてから勢いよく剥がした際の皮膜の剥がれの有無を確認し、下記のように評価した。
B:皮膜の剥がれ有り
Claims (5)
- 水溶性ポリエステル樹脂と、セルロースナノファイバーとを含有し、
前記水溶性ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸の残基を有し、
前記多価カルボン酸の残基は、トリメリット酸残基を含み、
前記多価カルボン酸残基全体に対する前記トリメリット酸残基の量は、7~30mol%の範囲内であり、
前記多価カルボン酸の残基は、金属スルホネート基含有多価カルボン酸の残基を更に含む、
ポリエステル樹脂組成物。 - 水溶性ポリエステル樹脂と、セルロースナノファイバーとを含有し、
前記水溶性ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸の残基を有し、
前記多価カルボン酸の残基は、トリメリット酸残基を含み、
前記多価カルボン酸残基全体に対する前記トリメリット酸残基の量は、7~30mol%の範囲内であり、
前記セルロースナノファイバーは、カルボキシル基を、0.5~2.0mmol/gの範囲内の割合で有する、
ポリエステル樹脂組成物。 - 前記多価カルボン酸の残基全体に対する前記金属スルホネート基含有多価カルボン酸の
残基の量は、1~30mol%の範囲内である、
請求項1に記載のポリエステル樹脂組成物。 - 前記水溶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度は、-60~110℃の範囲内である、
請求項1から3のいずれか一項に記載のポリエステル樹脂組成物。 - 前記水溶性ポリエステル樹脂に対する前記セルロースナノファイバーの量は、0.1~50質量%の範囲内である、
請求項1から4のいずれか一項に記載のポリエステル樹脂組成物。
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