JP7143860B2 - セルロース系樹脂組成物、成形体及びこれを用いた製品、並びにセルロース系樹脂組成物の製造方法 - Google Patents

セルロース系樹脂組成物、成形体及びこれを用いた製品、並びにセルロース系樹脂組成物の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、セルロース系樹脂組成物、この樹脂組成物を用いて形成された成形体、及びこの成形体を用いた製品、並びにセルロース系樹脂組成物の製造方法に関するものである。
植物を原料とするバイオプラスチックは、石油枯渇対策や温暖化対策に寄与できるため、包装、容器、繊維などの一般製品に加え、電子機器、自動車等の耐久製品への利用も開始されている。
しかし、通常のバイオプラスチック、例えば、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカネート、デンプン変性物などは、いずれもデンプン系材料、すなわち可食部を原料としている。そのため、将来の食料不足への懸念から、非可食部を原料とする新しいバイオプラスチックの開発が求められている。
非可食部の原料としては、木材や草木の主要成分であるセルロースが代表的であり、これを利用した種々のバイオプラスチックが開発され、製品化されている。
セルロースとしては、木材等からリグニンやヘミセルロースを薬剤によって化学的に分離したパルプが知られている。または、綿はほぼセルロースでできているため、このまま用いることができる。このようなセルロースは、β-グルコースが重合した高分子であるが、多くの水酸基を有するために、水素結合による強力な分子間力を持つ。そのため、硬くて脆く、熱可塑性もなく、また、特殊な溶媒を除き、溶媒溶解性も低い。さらに、親水性基である水酸基を多く有するため吸水性が高く、耐水性が低い。
このようなセルロースを改質するため、種々の検討が行われている。
セルロースを改質する方法としては、セルロースの水酸基の水素原子をアセチル基などの短鎖有機基で置換する方法が知られている。この方法によれば、水酸基の数を低減できるため、セルロースの分子間力を下げることができる。さらに、アセチル基のような短鎖有機基だけでは熱可塑性や耐水性は不十分であるため、短鎖有機基に加えて、より炭素数の多い長鎖有機基をセルロースに導入することが行われている。導入された長鎖有機基が疎水性の内部可塑剤として機能し、セルロース誘導体の熱可塑性や耐水性が改良される。
例えば、特許文献1には、セルロースに含まれる水酸基の水素原子が、炭化水素基で置換された基、及びアシル基で置換された基を含むセルロース誘導体と、滑剤とを含む樹脂組成物が記載されている。この組成物の成形体は、熱可塑性、成形性、耐衝撃性等に優れることが記載されている。
特許文献2には、セルロースの水酸基の水素原子の少なくとも一部が、炭素数2~4の脂肪族アシル基及び炭素数5~20の脂肪族アシル基で置換されたセルロース誘導体が合成され、このセルロース誘導体は、熱可塑性や耐水性に加えて、良好な耐衝撃性、破断伸度を有し、成形加工に適していることが記載されている。
特許文献3には、セルロースの水酸基を特定の置換度でアセチル基および炭素原子数が3~22のアシル基で置換して得られたセルロースアシレートが示され、このセルロースアシレートのフィルムは優れた物性を有し、ソルベントキャスト法で製造できることが記載されている。
特許文献4には、セルロースの水酸基を利用して、炭素数5以上の長鎖有機基および炭素数4以下の短鎖有機基が結合したセルロース誘導体を膨潤状態で形成し、固液分離を行ってセルロース誘導体を製造する方法について記載されている。
非特許文献1には、アセチル基と2-エチルヘキサノイル基を組み合わせてセルロースに導入することで、熱可塑性を有し、剛性/耐衝撃性/耐熱性のバランスに優れた材料が提供できると記載されている。
一方で、近年、塗装をしなくても、高品位な外観をもつ樹脂成形品が求められている。樹脂成形品に塗装をしない場合、製造時においては、揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)の排出や塗装コストを抑えることができ、また、得られた成形品については、塗膜の剥がれや劣化に起因する外観の悪化の問題を解決できる。
例えば、特許文献5には、ゴム質重合体を用いて形成したグラフト共重合体と、特定のビニル系単量体を用いて形成した共重合体と、特定のポリエステルと、着色剤としてカーボンブラック及び/又は染料とを特定の比率で含む熱可塑性樹脂組成物が記載されている。また、その組成物を射出成形して得られる射出成形体は、高い耐衝撃性と高品位な外観(光沢や漆黒性)を有することが記載されている。
特許文献6には、特定の共重合ポリカーボネート樹脂と、着色剤(カーボンブラック及び/又は黒色有機染料)と、ヒンダードアミン系安定剤を含有し、特定の特性(鉛筆硬度、低温衝撃性、脆性破壊率、光沢度、明度)を有する黒色樹脂組成物が記載されている。また、この黒色樹脂組成物の黒色成形品は、優れた漆黒性を有し、耐低温衝撃性、耐候性、耐擦傷性、耐熱性に優れることが記載されている。
特許文献7には、特定の共重合ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、衝撃改質剤(ゴム変性樹脂)、カーボンブラックを特定の配合比率で含有する黒色樹脂組成物が記載されている。また、この黒色樹脂組成物の成形品は、優れた漆黒性を有し、耐衝撃性、流動性、耐擦傷性、耐熱性に優れることが記載されている。
特許文献8には、特定のグラフト共重合体1~99質量部と、ビニル系共重合体99~1質量部と、その他の熱可塑性樹脂0~80質量部を含有し、特定の有機染料が配合された熱可塑性樹脂組成物が記載されている。また、この組成物の成形体は、耐衝撃性、耐候性、漆黒性、表面平滑性、耐傷付き性に優れることが記載されている。さらに、比較例3の熱可塑性樹脂組成物では、有機染料の代わりに、顔料(カーボンブラック:三菱化学(株)製の商品名:三菱カーボン♯2600)を含有したので、漆黒性と表面平滑性が低いことが記載されている。
特開2011-132453号公報 特開2010-121121号公報 特開2002-265639号公報 WO2016/067662 国際公開第2013/147143号 特開2015-172150号公報 特開2013-112781号公報 特開2005-132970号公報
FUJIFILM RESEACH & DEVELOPMENT(No.57-2012),2012年3月28日,57号,p.55-57
本発明の目的は、高品位な外観と耐傷付き性を有する成形体を形成できるセルロース系樹脂組成物、その樹脂組成物を用いて形成された成形体、及びこの成形体を用いた製品を提供することにある。
本発明の一態様によれば、
セルロース誘導体(A)と、滑剤(B)とを含むセルロース系樹脂組成物であって、
前記セルロース誘導体(A)は、セルロースのヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が、炭素数2~4の短鎖有機基、及び炭素数8~30の長鎖有機基により下記式を満たす置換度で置換され、
2.0≦DSSH≦2.7
0.003≦DSLO
2.4≦DSSH+DSLO≦3
(DSSHは前記短鎖有機基の置換度、DSLOは前記長鎖有機基の置換度を示す。)
前記滑剤(B)が、ウレア基(-NH-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有するウレア化合物(B1)、アミド基(-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有するアミド化合物(B2)、脂肪酸金属塩(B3)、及びシリコーン系滑剤(B4)から選ばれる少なくとも一種であり、
前記滑剤(B)の含有量が0.1~10質量%の範囲にあるセルロース系樹脂組成物が提供される。
本発明の他の態様によれば、上記のセルロース系樹脂組成物を用いて形成された成形体が提供される。
本発明の他の態様によれば、上記の成形体を用いた製品が提供される。
本発明の他の態様によれば、セルロース誘導体(A)及び滑剤(B)を含むセルロース系樹脂組成物を製造する方法であって、
前記セルロース誘導体(A)は、セルロースのヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が、炭素数2~4の短鎖有機基、及び炭素数7以上の非環式脂肪族基を含む炭素数8~30の長鎖有機基により置換され、
前記滑剤(B)は、ウレア基(-NH-C(=O)-NH-)及び炭素数7以上の非環式脂肪族基を有する化合物(B1)を含み、
前記製造方法は、炭素数2~4のアシル基が導入された短鎖結合セルロース誘導体と、炭素数7以上の非環式脂肪族基を有する脂肪族イソシアネート化合物と、水分と、反応触媒を混合し、溶融混練して、長鎖有機基と短鎖有機基が結合したセルロース誘導体(A)及びウレア化合物(B1)を形成する工程を有する、セルロース系樹脂組成物の製造方法が提供される。
本発明の実施形態によれば、高品位な外観と耐傷付き性を有とする成形体を形成できるセルロース系樹脂組成物、その樹脂組成物を用いて形成された成形体、及びこの成形体を用いた製品を提供することができる。
本発明の実施形態によるセルロース系樹脂組成物は、セルロースの水酸基の水素原子を短鎖有機基および長鎖有機基で置換することで良好な熱可塑性を示すセルロース誘導体(A)と、滑剤(B)を含有する。このセルロース系樹脂組成物を用いることにより、成形体表面の摩擦を低減でき、耐傷つき性を向上できる。さらに、耐水性や強度(弾性率、衝撃強度)にも優れる成形体を得ることができる。このようなセルロース系樹脂組成物は、電子機器、自動車等の耐久製品に利用することができる。
滑剤(B)は、ウレア基(-NH-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有するウレア化合物(B1)、アミド基(-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有するアミド化合物(B2)、脂肪酸金属塩(B3)、及びシリコーン系滑剤(B4)から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
この滑剤(B)の含有量は、0.1~10質量%の範囲において設定でき、0.5~10質量%の範囲にあることが好ましく、0.8~10質量%の範囲にあることがより好ましく、滑剤の種類に応じて1.5から10質量%の範囲にあることが好ましい。滑剤(B)による耐傷付き性(耐摩擦性)を十分に得る点から、滑剤(B)の含有量は、0.5質量%以上が好ましく、0.8質量%以上がより好ましく、1質量%以上がより好ましく、2質量%以上がさらに好ましい。しみ出しを抑えたり、濁り(黒色成形体の場合は白濁)を抑えたりして高品位な外観を保つ観点から、滑剤(B)の含有量は10質量%以下が好ましく、8質量%以下がより好ましく、6質量%以下がさらに好ましい。
特にウレア化合物(B1)の含有量は1質量%以上が好ましく、1.5質量%以上がより好ましく、2.0質量%以上がさらに好ましい。しみ出しを抑えたり、濁り(黒色成形体の場合は白濁)を抑えたりして高品位な外観を保つ観点から、滑剤(B)の含有量は10質量%以下が好ましく、8質量%以下がより好ましく、6質量%以下がさらに好ましい。
また、アミド化合物(B2)の含有量については、耐傷付き性(耐摩擦性)をより十分に得る点から、1.5質量%以上が好ましく、2質量%以上がより好ましく、2.5質量%以上がさらに好ましく、しみ出しを抑えたり、濁り(黒色成形体の場合は白濁)を抑えたりして高品位な外観を保つ観点から、滑剤(B)の含有量は10質量%以下が好ましく、8質量%以下がより好ましく、6質量%以下がさらに好ましい。
また、脂肪酸金属塩(B3)の含有量については、耐傷付き性(耐摩擦性)をより十分に得る点から、0.5質量%以上が好ましく、0.8質量%以上がより好ましく、1.5質量%以上がより好ましく、2質量%以上がさらに好ましく、2.5質量%以上が特に好ましく、しみ出しを抑えたり、濁り(黒色成形体の場合は白濁)を抑えたりして高品位な外観を保つ観点から、滑剤(B)の含有量は10質量%以下が好ましく、8質量%以下がより好ましく、6質量%以下がさらに好ましい。
また、シリコーン系滑剤(B4)の含有量については、耐傷付き性(耐摩擦性)をより十分に得る点から、1.5質量%以上が好ましく、2.5質量%以上がより好ましく、3質量%以上がさらに好ましく、4質量%以上が特に好ましく、しみ出しを抑えて高品位な外観を保つ観点から、滑剤(B)の含有量は10質量%以下が好ましく、8質量%以下がより好ましい。
なお、セルロース系樹脂組成物中の滑剤(B)の含有量は、必須成分のセルロース誘導体(A)に対する含有率とすることができ、あるいは他の成分を含む場合は、セルロース系樹脂組成物に対する含有率とすることが好ましい。
本実施形態によるセルロース系樹脂組成物を用いることにより、高品位な外観と耐傷付き性を有する成形体を形成できる。成形体の光沢度が高いほど、より高品位の外観が得られる。黒色着色剤を含む場合、明度が低いほど、より漆黒性が高く、高品位の外観が得られる。
脂肪酸金属塩は、成形体の表面からのしみ出しを抑えて高品位の外観を得る点から融点が高い方が好ましい。したがって脂肪酸金属塩の融点は100℃以上が好ましい。また、セルロース系樹脂組成物の製造時の溶融混合のし易さや成形性の点から、滑剤(B)の融点は混練温度や成形温度に対して低い方が好ましい。したがって、脂肪酸金属塩の融点は200℃以下が好ましく、180℃以下がより好ましく、170℃以下がさらに好ましい。このような脂肪酸金属塩としては、例えば炭素数12以上の長鎖脂肪酸の金属塩(例えばカルシウム塩)が挙げられ、ステアリン酸カルシウム(ビスステアリン酸カルシウム)が好ましい。
セルロース誘導体(A)は、セルロースのヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が炭素数2~4の短鎖有機基、及び炭素数8~30の長鎖有機基で置換されたセルロース誘導体であることが好ましい。この短鎖有機基は、炭素数2~4のアシル基(アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基)から選ばれる少なくとも一種のアシル基であり、アセチル基又は/及びプロピオニル基が好ましい。長鎖有機基は、(L1)又は(L2)で表される基であることが好ましい(式中のRは有機基を示す)。
R-C(=O)- (L1)
R-NHC(=O)- (L2)
本実施形態によるセルロース系樹脂組成物は、さらに着色剤を含むことができ、黒色着色剤を含むことが好ましい。黒色着色剤としては、カーボンブラックが好ましい。黒色着色剤を含む本実施形態によるセルロース系樹脂組成物を用いて得られた成形体は、光沢度が高く且つ明度が低く(漆黒性が高く)、高品位の外観を有することができる。
以下に、本発明の好適な実施形態について説明する。
(セルロース誘導体(A))
本発明の実施形態によるセルロース系樹脂組成物に含まれるセルロース誘導体(A)としては、セルロースを原料としてそのヒドロキシ基の少なくとも一部に炭素数2~4の短鎖有機基および炭素数8~30の長鎖有機基が導入されたものを用いることができる。
<セルロース>
セルロースは、下記式(1)で示されるβ-D-グルコース分子(β-D-グルコピラノース)がβ(1→4)グリコシド結合により重合した直鎖状の高分子である。セルロースを構成する各グルコース単位は三つのヒドロキシ基を有している(式中のnは自然数を示す)。本発明の実施形態では、このようなセルロースに、これらのヒドロキシ基を利用して、炭素数2~4の短鎖有機基および炭素数8~30の長鎖有機基が導入されたものである。
Figure 0007143860000001
セルロースは、草木類の主成分であり、草木類からリグニン等の他の成分を分離処理することによって得られる。このように得られたものの他、セルロース含有量の高い綿(例えばコットンリンター)やパルプ(例えば木材パルプ)を精製してあるいはそのまま用いることができる。原料に用いるセルロース又はその誘導体の形状やサイズ、形態は、反応性や固液分離、取り扱い性の点から、適度な粒子サイズ、粒子形状を持つ粉末形態のものを用いることが好ましい。例えば、直径1~100μm(好ましくは10~50μm)、長さ10μm~100mm(好ましくは100μm~10mm)の繊維状物あるいは粉末状物を用いることができる。
セルロースの重合度は、グルコース重合度(平均重合度)として、50~5000の範囲が好ましく、100~3000がより好ましく、100~1000がさらに好ましい。重合度が低すぎると、製造した樹脂の強度、耐熱性などが十分でない場合がある。逆に、重合度が高すぎると、製造した樹脂の溶融粘度が高くなりすぎて成形に支障をきたす場合がある。
セルロースには、類似の構造のキチンやキトサンが混合されていてもよく、混合されている場合は、混合物全体に対して30質量%以下が好ましく、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がさらに好ましい。
<セルロース誘導体>
本発明の一実施形態では、上記のセルロースのヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が、炭素数2~4の短鎖有機基(好ましくはアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基の少なくとも一種)、炭素数8~30の長鎖有機基により下記式を満たす置換度で置換されたセルロース誘導体を用いることができる。
2.0≦DSSH≦2.7
0.003≦DSLO
2.4≦DSSH+DSLO≦3
(DSSHは前記短鎖有機基の置換度、DSLOは前記長鎖有機基の置換度を示す。)
炭素数8~30の長鎖有機基としては、下記式(L1)又は(L2)で表される基が好ましい(式中のRは有機基を示す)。
R-C(=O)- (L1)
R-NHC(=O)- (L2)
式中の有機基Rとしては、非環式脂肪族基が挙げられる。上記の式で表される長鎖有機基としては、例えば、C2n+1C(=O)-、C2n+1NHC(=O)-が挙げられる(式中のnは7~29の整数)。
<短鎖有機基>
短鎖有機基は炭素数が2~4のアシル基であり、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基が挙げられ、炭素数が2または3のアシル基(アセチル基、プロピオニル基)が好ましい。これらのアシル基の1種又は2種以上をセルロースに導入することができる。
セルロース中のヒドロキシ基と、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、イソ酪酸等の脂肪族モノカルボン酸、無水酢酸、無水プロピオン酸、酪酸無水物、イソ酪酸無水物等の酸無水物、またはアセチルクロライド、プロピオニルクロライド、ブチリルクロライド、イソブチリルクロライド等の酸ハロゲン化物などの短鎖反応剤を反応させて短鎖有機基を導入することができる。
セルロースのグルコース単位あたりの短鎖有機基の置換度(DSSH)(平均値)、すなわち短鎖有機基で置換されたヒドロキシ基の個数(水酸基置換度)(平均値)は、セルロース分子鎖の相互作用を調整して高い弾性率を得る点から、DSSHは2.0以上であり、2.2以上が好ましく、2.4以上がより好ましい。また、長鎖有機基の置換度(DSLO)を十分に確保する点から、DSSHは2.7以下が好ましい。
なお、セルロース誘導体の短鎖有機基の置換度の置換度(DSSH)および長鎖有機基の置換度(DSLO)は、重水素化クロロホルム(CDCl)に溶解し、H-NMRによって測定することができる。CDClに不溶のセルロース誘導体においては、セルロース誘導体の残存ヒドロキシ基をさらにアセチル化もしくはプロピオニル化してから測定を行うことができる。
<長鎖有機基>
長鎖有機基は、セルロース中のヒドロキシ基と長鎖反応剤が反応させることで導入することができる。この長鎖有機基は、セルロースのヒドロキシ基の水素原子に代えて導入された有機基部分に相当する。
この長鎖反応剤は、セルロース中のヒドロキシ基と反応できる官能基を少なくとも一つ持つ化合物であり、例えばカルボキシル基、カルボン酸ハライド基、カルボン酸無水物基、イソシアネート基、クロロホーメート基、またはアクリロイル基を有する炭化水素化合物が挙げられ、カルボン酸ハライド基、カルボン酸無水物基、又はイソシアネート基を有する化合物が特に好ましい。具体的には、脂肪族モノカルボン酸、その酸ハロゲン化物若しくはその酸無水物、脂肪族モノイソシアネート、脂肪族モノクロロホーメート、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルが挙げられ、脂肪族モノカルボン酸ハライド、脂肪族カルボン酸無水物、脂肪族モノイソシアネートが好ましい。
この長鎖有機基は、炭素数8~30の範囲であり、少量で熱可塑効果を得られることから炭素数12~30が好ましく、12~24がより好ましい。長鎖有機基は1種であっても2種以上を導入(置換)していてもよい。長鎖反応剤の脂肪族モノカルボン酸としては、直鎖状の脂肪酸又は分岐した(側鎖をもつ)脂肪酸が挙げられる。この脂肪酸として、飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸が挙げられるが、熱安定性の観点から飽和脂肪酸であることが好ましい。長鎖反応剤は、このような脂肪酸の酸ハロゲン化物若しくはその酸無水物であることがより好ましい。長鎖反応剤に好適な長鎖脂肪酸としては、ラウリン酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸等の直鎖状飽和脂肪酸が挙げられ、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、これらの長鎖脂肪酸の酸ハロゲン化物もしくは無水物が挙げられる。
脂肪族モノイソシアネートとしては、直鎖状の又は分岐した(側鎖をもつ)脂肪族炭化水素にイソシアネート基が結合したものが挙げられる。たとえば、イソシアン酸オクチル、イソシアン酸ドデシル、オクタデシルイソシアネート、などが挙げられる。
脂肪族モノクロロホーメートとしては、直鎖状の又は分岐した(側鎖をもつ)脂肪族炭化水素にクロロホーメート基が結合したものが挙げられる。
セルロースのグルコース単位あたりの長鎖有機基の置換度(DSLO)(平均値)、すなわち長鎖有機基で置換されたヒドロキシ基の個数(水酸基置換度)(平均値)は、熱可塑性や耐水性の改良効果の点から、0.003以上が好ましく、0.02以上がより好ましく、0.03以上がさらに好ましく、0.07以上が特に好ましい。また、弾性率等の機械強度の点から、DSLOは1未満が好ましく、0.5未満がより好ましく、0.4以下がさらに好ましい。
短鎖有機基の置換度DSSHと長鎖有機基の置換度DSLOの和は、これらの有機基の導入効果(熱可塑性、機械強度)を十分に得る点から、2.4以上が好ましく、2.5以上がより好ましい。また、セルロースの全てのヒドロキシ基が置換された「3」であってもよいが、生産性や機械特性の点から3未満が好ましく、2.9以下がより好ましく、2.8以下がより好ましい。短鎖有機基および長鎖有機基の置換度は、有機基の構造とセルロース誘導体に要求される物性とに応じて、適宜設定することができる。
<セルロース誘導体の分子量>
本発明のセルロース誘導体の数平均分子量(Mn)は、下限は、例えば、10,000以上が好ましく、より好ましくは20,000以上であり、さらに好ましくは50,000以上である。また、上限は、例えば、200,000以下が好ましく、より好ましくは100,000以下である。また、重量平均分子量(Mw)は、下限は、例えば、50,000以上が好ましく、より好ましくは100,000以上であり、また、上限は、例えば、300,000以下が好ましく、より好ましくは200,000以下である。また、分子量分布(Mw/Mn)は、下限は、例えば、1.1以上が好ましく、より好ましくは1.4以上であり、また、上限は、例えば、4.0以下が好ましく、より好ましくは3.5以下である。この範囲の数平均分子量、重量平均分子量、分子量分布とすることにより、強度、熱可塑性、成型性等が向上する。分子量は、例えば、クロロホルムを溶媒とし、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定(ポリスチレン標準試料で較正)することができる。クロロホルムに不溶のセルロース誘導体においては、セルロース誘導体の残存水酸基をさらにアセチル化もしくはプロピオニル化してから測定を行うことができる。
(滑剤(B))
本発明のセルロース誘導体に、滑剤(B)として、ウレア化合物(B1)、アミド化合物(B2)(例えば、モノアミド化合物(B2a)、ビスアミド化合物(B2b))を含有させることで、成形体表面の摩擦力が低減し、セルロース誘導体を用いた成形体の耐傷つき性が向上する。
<ウレア化合物(B1)>
ウレア化合物(B1)は、ウレア基(-NH-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有する。このウレア化合物(B1)は、下記式(N1)で表される、ウレア基(-NH-C(=O)-NH-)及び炭素数6~33の飽和脂肪族炭化水素基を有する化合物(B1)が好ましい。
Figure 0007143860000002
R1、R2のn、mは6~33の範囲であり、7~29が好ましく、12~29であることが好ましい。nとmは異なっても良いし、同じ値でも良い。セルロース誘導体との親和性が良好でウレア化合物の滲み出しが抑制される点から、n、mは、(セルロース誘導体の長鎖有機基の炭素数-3)~(セルロース誘導体の長鎖有機基の炭素数+3)の範囲にあることが好ましい。
ウレア化合物(B1)の含有量は、1質量%~10質量%の範囲にあることが好ましく、1.5質量%~10質量%の範囲にあることがより好ましく、2.0質量%~10質量%の範囲がさらに好ましい。ウレア化合物(B1)の含有量が少なすぎると、セルロース系樹脂組成物を用いた成形体の耐傷つき性が十分に向上しない。ウレア化合物(B1)の含有量が多すぎると、ウレア化合物が成形体表面から滲み出しやすくなったり、濁り(黒色成形体の場合は白濁)の原因になったりして成形体の外観を損なう虞がある。
ウレア化合物(B1)は次のようにして調製できる。
炭素数6~33の脂肪族基を有する脂肪族モノイソシアネートと水を反応させて炭素数6~33の脂肪族基を有する脂肪族モノアミンを形成し、この脂肪族モノアミンと前記脂肪族モノイソシアネートを反応させてウレア化合物(B1)を調製することができる。
あるいは、炭素数6~33の脂肪族基を有する脂肪族モノイソシアネートと炭素数6~33の脂肪族基を有する脂肪族モノアミンを反応させてウレア化合物(B1)を調製することができる。
上記の脂肪族モノイソシアネート及び上記の脂肪族モノアミンは、直鎖状の又は分岐した(側鎖を持つ)脂肪族基を有する。たとえば、上記の脂肪族モノイソシアネートとしては、イソシアン酸ヘキシル、イソシアン酸オクチル、イソシアン酸デシル、イソシアン酸ドデシル、イソシアネート酸オクタデシル、などが挙げられる。上記の脂肪族モノアミンとして、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデカンアミン、ステアリルアミン、などが挙げられる。
ウレア化合物の合成は、たとえば、溶剤に溶かした脂肪族モノイソシアネートに適量の水を添加することで、脂肪族イソシアネートと水の反応によりアミンが生成し、さらに脂肪族イソシアネートと生成したアミンの反応が起こり、ウレア化合物が得られる。
セルロース中のヒドロキシ基と脂肪族モノイソシアネートを反応させて長鎖有機基を導入する際、反応系内に水分が存在する場合、脂肪族モノイソシアネートはセルロース中のヒドロキシ基以外に水分(例えばセルロース中の水分)とも反応してアミンが生成し、さらに脂肪族モノイソシアネートと生成したアミンの反応が起こり、ウレア化合物を生成する。従って、脂肪族モノイソシアネートを用いて長鎖有機基を導入する工程を含むセルロース誘導体の製造においては、長鎖有機基の導入と同時にウレア化合物も生成し、セルロース誘導体に含まれる。そのため、セルロース誘導体(A)と滑剤(B)を含むセルロース系樹脂組成物の製造において、滑剤(B)の添加工程を省略でき、製造プロセスを簡略化できる。ウレア化合物の含有量は、セルロース中の水分量を管理することで調整することができる。セルロース中のヒドロキシ基と脂肪族モノイソシアネートの溶融混練温度は170℃以上210℃以下が好ましい。170℃以上であれば、十分な溶融混練が可能になり、210℃以下であれば、ウレタン結合が熱により解離しにくくなるため好適である。
ウレア化合物の生成反応に用いる反応触媒としては、一般的に使用されているウレタン化触媒を用いることができるが、スズ系触媒、チタン系触媒、ジルコニウム系触媒が挙げられる。公知の触媒として、具体的には、オクタン酸スズ、2-エチル-1-ヘキサン酸スズ、エチルカプロン酸スズ、ラウリン酸スズ、パルミチン酸スズ、ジブチルスズオキシド、ジブチルスズジクロライド、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジマレート、ジブチルスズジラウレート、ジオクチルスズジアセテート、ジオクチルスズジラウレート等の有機スズ化合物、テトライソプロピルチタネート、テトラノルマルブチルチタネート、テトラオクチルチタネート、チタンエチルアセトアセテートなどの有機チタン化合物、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムエチルアセトアセテートなどの有機ジルコニウム化合物が挙げられる。反応触媒の添加量は、セルロース系樹脂に対して0.05wt%以上5wt%以下、好ましくは0.1wt%以上3wt%以下が好ましい。
上記のウレア化合物の一例(n=m=18の場合)の生成プロセスを下記の化学反応式で示す。
Figure 0007143860000003
<アミド化合物(B2)>
アミド化合物(B2)は、アミド基(-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有する。このアミド化合物(B2)としては、式(N2)で表されるモノアミド化合物(B2a)、式(N3)で表されるビスアミド化合物(B2b)が好ましい。
Figure 0007143860000004
Figure 0007143860000005
、R、Rは、飽和脂肪族炭化水素基であり、R、R、Rのp、q、rは6~33の整数であり、9~30がより好ましい。R、R、Rは、直鎖状または分岐していても良い。式(N3)のsについては1≦s≦6であり、qとrは異なっても良いし同じ値でも良い。セルロース誘導体との親和性が良好でアミド化合物またはビスアミド化合物の滲み出しが抑制される点から、p、q、rは、(セルロース誘導体の長鎖有機基の炭素数-3)~(セルロース誘導体の長鎖有機基の炭素数+3)の範囲にあることが好ましい。
アミド化合物(B2)の含有量は、1.5質量%~10質量%の範囲にあることが好ましい。特に、モノアミド化合部(B2a)の含有量は、2.0質量%~10質量%の範囲が好ましく、2.5質量%~10質量%の範囲がより好ましい。ビスアミド化合物(B2b)の含有量は、2.5質量%~10質量%の範囲がより好ましく、4質量%~10質量%の範囲がさらに好ましく、5質量%~10質量%の範囲に好適に設定できる。アミド化合物(B2)の含有量が少なすぎるとセルロース系樹脂組成物を用いた成形の耐傷つき性が十分に向上しない。アミド化合物(B2)の含有量が多すぎると、アミド化合物(B2)が成形体表面から滲み出しやすくなったり、濁り(黒色成形体の場合は白濁)の原因になったりして成形体の外観を損なう虞がある。モノアミド化合物(B2a)またはビスアミド化合物(B2b)は、単独で用いても良いし混合しても良い。
モノアミド化合物(B2a)としては、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘン酸アミド、等が挙げられる。ビスアミド化合物(B2b)としては、メチレンビスベヘン酸アミド、メチレンビスステアリン酸アミド、メチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド等が挙げられる。
<脂肪酸金属塩(金属石けん)(B3)>
脂肪酸金属塩(金属石けん)(B3)としては、ステアリン酸、ベヘン酸、ラウリン酸、コハク酸、ヒドロキシステアリン酸、リシノール酸、オレイン酸、パルミチン酸、エルカ酸等の炭素数12以上の高級脂肪酸とLi、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Al、Sn、Pb、Cd、等の金属との化合物が挙げられる。脂肪酸金属塩(金属石けん)(B3)としては、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、モノステアリン酸アルミニウム、ジステアリン酸アルミニウム、トリステアリン酸アルミニウム、ラウリン酸亜鉛から選ばれる少なくとも1種が好ましい。特に好ましい脂肪酸金属塩系滑剤(金属石けん)としてはステアリン酸カルシウム等が挙げられる。
脂肪酸金属塩(金属石けん)(B3)の含有量は、0.5~10質量%の範囲にあることが好ましく、0.8質量%~10質量%の範囲にあることがより好ましく、1.5質量%~10質量%の範囲にあることがより好ましく、2.0質量%~10質量%の範囲がさらに好ましく、2.5質量%~10質量%の範囲が特に好ましい。脂肪酸金属塩(金属石けん)(B3)の含有量が少なすぎるとセルロース系樹脂組成物を用いた成形の耐傷つき性が十分に向上しない。脂肪酸金属塩(金属石けん)(B3)の含有量が多すぎると、脂肪酸金属塩(金属石けん)(B3)が成形体表面から滲み出しやすくなったり、濁り(黒色成形体の場合は白濁)の原因になったりして成形体の外観を損なう虞がある。
<シリコーン系滑剤(B4)>
シリコーン系滑剤(B4)としては、ジメチルポリシロキサン及びその変性物、カルボキシル変性シリコーン、αメチルスチレン変性シリコーン、αオレフィン変性シリコーン、ポリエーテル変性シリコーン、フッ素変性シリコーン、親水性特殊変性シリコーン、オレフィンポリエーテル変性シリコーン、エポキシ変性シリコーン、アミノ変性シリコーン、アミド変性シリコーン、アルコール変性シリコーン等が挙げることができる。
シリコーン系滑剤(B4)としては、ポリオルガノシロキサンが好ましい。ポリオルガノシロキサンはシロキサン結合を主鎖とし側鎖に有機基を有するものであり、有機基としては、例えばメチル基、ビニル基、エチル基、プロピル基、フェニル基などが挙げられ、特にポリジメチルシロキサンが好ましい。ポリオルガノシロキサンとしては、超高分子量ポリジメチルシロキサンが好ましく、数平均分子量は40000以上が好ましく、さらに100000以上がさらに好ましく、特に1000000以上が好ましい。この数平均分子量の測定は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により決定することができる(標準試料として市販の標準ポリスチレンを用いることができる)。
シリコーン系滑剤(B4)は、ポリオルガノシロキサン等のシリコーンの他に、さらに無機酸化物粒子を含むことが好ましく、特にシリコーンを無機酸化物粒子に含浸させることが好ましい。シリコーンを無機酸化物粒子に含浸させることによって、シリコーンが樹脂中に固定されやすく、しみ出しにくくなる等の効果がある。無機酸化物粒子は、例えばシリカ(SiO)、SiO、アルミノケイ酸塩、MgSiO、などが挙げられる。シリコーンとの相溶性の観点からは、シリカが好ましく、特にフュームドシリカが好ましい。シリコーンと無機酸化物粒子との質量比率は、60:40~80:20が好ましく、さらに60:40~70:30が好ましい。このようなシリコーン系滑剤としては、具体的には、旭化成ワッカーシリコーン株式会社製の「Genioplast(R) Pellet S」(製品名)等が挙げられる。
シリコーン系滑剤(B4)の含有量は、1.5質量%~10質量%の範囲にあることが好ましく、2.5質量%~10質量%の範囲にあることがより好ましく、3.0質量%~10質量%の範囲にあることがより好ましく、4質量%~10質量%の範囲がより好ましく、5質量%~10質量%の範囲がさらに好ましい。シリコーン系滑剤(B4)の含有量が少なすぎるとセルロース系樹脂組成物を用いた成形の耐傷つき性が十分に向上しない。シリコーン系滑剤(B4)の含有量が多すぎると、シリコーン系滑剤(B4)が成形体表面から滲み出しやすくなったり、濁り(黒色成形体の場合は白濁)の原因になったりして成形体の外観を損なう虞がある。
(セルロース誘導体の製造方法)
本発明の実施形態に用いられるセルロース誘導体は、例えば以下の製造方法により作製することができる。以下には、長鎖有機基が長鎖アシル基の場合、特に長鎖脂肪族アシル基の場合の製造方法の例を挙げるが、他の結合様式により長鎖有機基が結合している場合にも適宜変更を加えることで、以下の製造方法を活用できる。
<セルロースの活性化>
セルロースに長鎖有機基又は長鎖有機基及び短鎖有機基を導入するための反応工程の前に、セルロースの反応性を上げるために、活性化処理(前処理工程)を行うことができる。この活性化処理は、セルロースのアセチル化の前に通常行われる活性化処理を適用できる。
活性化処理は、例えば、セルロースに親和する活性化溶媒をセルロースに対して噴霧する方法、あるいはセルロースを活性化溶媒に浸漬する方法(浸漬法)などの湿式法で、セルロースと当該溶媒とを接触させ、セルロースを膨潤させる。これにより、セルロース分子鎖間に反応剤が浸入しやすくなるため(溶媒や触媒を用いている場合はこれらとともに浸入しやすくなるため)、セルロースの反応性が向上する。ここで、活性化溶媒は、例えば、水;酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、ステアリン酸などのカルボン酸;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどのアルコール;ジメチルホルムアミド、ホルムアミド、エタノールアミン、ピリジンなどの含窒素化合物;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド化合物が挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。特に好ましくは、水、酢酸、ピリジン、ジメチルスルホキシドを使用できる。
長鎖脂肪酸中にセルロースを投入し、活性化を行うこともできる。長鎖脂肪酸の融点が室温以上である場合、当該融点以上に加熱することもできる。
活性化溶媒の使用量は、セルロース100質量部に対して例えば10質量部以上、好ましくは20質量部以上、より好ましくは30質量部以上に設定できる。セルロースを活性化溶媒に浸漬する場合は、セルロースに対して質量で例えば1倍以上、好ましくは5倍以上、より好ましくは10倍以上に設定することができる。前処理後の活性化溶媒の除去の負担や材料コスト低減等の点から300倍以下が好ましく、100倍以下がより好ましく、50倍以下がさらに好ましい。
活性化処理の温度は、例えば0~100℃の範囲で適宜設定できる。活性化の効率やエネルギーコスト低減の観点から10~40℃が好ましく、15~35℃がより好ましい。
長鎖脂肪酸を溶融させた中にセルロースを投入する場合、当該長鎖脂肪酸の融点以上に加熱することもできる。
活性化処理の時間は、例えば0.1時間~72時間の範囲で適宜設定できる。十分な活性化を行い且つ処理時間を抑える観点から、0.1時間~24時間が好ましく、0.5時間~3時間がより好ましい。
活性化処理後、過剰な活性化溶媒は吸引濾過、フィルタープレス、圧搾などの固液分離方法により除去することができる。
活性化処理後、セルロースに含まれる活性化溶媒を反応時に用いる溶媒に置換することができる。例えば、活性化溶媒を反応時に用いる溶媒に代えて上記の活性化処理の浸漬法に従って置換処理を行うことができる。
<長鎖有機基よび短鎖有機基の導入方法>
本発明の実施形態によるセルロース誘導体の製造方法は、例えば、有機溶媒中、酸捕捉成分の存在下、加温下で、この有機溶媒中に分散されたセルロースと短鎖アシル化剤および長鎖アシル化剤とを反応させて、このセルロースのヒドロキシ基をアシル化する工程を有する。短鎖アシル化剤と長鎖アシル化剤は溶媒に溶解していることが好ましい。酸捕捉成分を溶媒として用いることもできる。
セルロースに直鎖状飽和脂肪酸の長鎖有機基を導入する場合、長鎖アシル化剤としては、直鎖状飽和脂肪酸の酸塩化物および酸無水物から選ばれるものが好ましく、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。セルロースに短鎖有機基を導入するための短鎖反応剤としては、塩化アセチル、無水酢酸、塩化プロピオニル、無水プロピオン酸から選ばれるものが好ましく、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
長鎖反応剤および短鎖反応剤の添加量は、目的のセルロース誘導体の長鎖有機基による置換度(DSLO)及び短鎖有機基による置換度(DSSH)に応じて設定することができる。短鎖反応剤が多すぎると、長鎖有機基の結合量が低下し、長鎖有機基による置換度(DSLO)が低下する傾向がある。
有機溶媒としては、セルロースに対する保液率が90体積%以上の溶媒を用いることが好ましい。
「保液率」は以下の方法で測定することができる。
綿繊維製のろ紙(5B, 40mmφ, 含水率約2%)を各溶媒に室温下1hr浸漬する。浸漬前後の重量を測定し、下式に当てはめて保液率(vol%)を求める。浸漬後の試料から溶媒のしたたりがとまった時点で重量を測定した。
保液率(vol%) =(浸漬後重量-浸漬前重量)/浸漬前重量/溶媒比重×100
上記の手法で保液率90vol%以上となる溶媒としては、水(保液率145vol%)、酢酸(保液率109vol%)、ジオキサン(保液率93vol%)、ピリジン(保液率109vol%)、N-メチルピロリドン(保液率104vol%)、N,N-ジメチルアセトアミド(保液率112vol%)、N,N-ジメチルホルムアミド(保液率129vol%)、ジメチルスルホキシド(保液率180vol%)が挙げられる。
酸捕捉成分としては、副生する酸(塩酸、酢酸、プロピオン酸など)を中和する塩基であれば特に限定されるものではなく、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物;水酸化カルシウム、水酸化バリウムなどのアルカリ土類金属水酸化物;ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシドなどの金属アルコキシド;ジアザビシクロウンデセン、ジアザビシクロノネン、トリエチルアミン、ピリジンなどの含窒素求核性化合物が挙げられ、中でも溶媒としても使用できる点でトリエチルアミンやピリジンが好ましく、ピリジンが特に好ましい。酸捕捉成分を溶媒とは別に添加する場合、反応開始時から酸捕捉成分が反応系に存在することが好ましい。酸捕捉成分が反応開始時に反応系に存在していれば、アシル化剤を添加する前に添加しても後に添加しても構わない。
酸捕捉成分の添加量は、長鎖アシル化剤と短鎖アシル化剤の合計仕込み量に対して0.1~10当量が好ましく、0.5~5当量がより好ましい。ただし、酸捕捉成分として含窒素求核性化合物を溶媒に用いる場合はこの範囲に限定されない。酸捕捉剤の添加量が少ないとアシル化反応の効率が低下する。また、酸捕捉剤の添加量が多いとセルロースが分解して分子量が低下することがある。
このアシル化工程における反応温度は、50~100℃が好ましく、75~95℃がより好ましい。反応時間は、2時間から5時間に設定でき、3時間から4時間に設定することが好ましい。反応温度が十分に高いと反応速度が高くできるため、比較的短い時間でアシル化反応を完了させることができ、反応効率を高めることができる。また、反応温度が上記範囲にあれば、加熱による分子量の低下を抑えることができる。
有機溶媒の量は、原料のセルロースの乾燥質量に対して10~50倍量に設定することができ、15~40倍量(質量比)に設定することが好ましい。
<回収工程>
長鎖有機基および短鎖有機基が導入されたセルロース誘導体(生成物)は、通常の回収方法に従って反応溶液から回収することができ、その方法は限定されるものではないが、生成物が反応溶液に溶解していない場合は、反応溶液と生成物とを固液分離する回収方法が製造エネルギーの観点から好ましい。生成物が反応溶液に溶解ないし親和して固液分離が困難な場合は、反応溶液を留去し生成物を残留分として回収することができる。あるいは、反応溶液に、生成物に対する貧溶媒を添加することにより、析出した生成物を固液分離して回収してもよい。
反応溶液を留去する場合、短鎖反応剤や反応溶媒、触媒は沸点が低いものが好ましいが、触媒を留去せずに、洗浄溶媒等により生成物から除去することもできる。また、反応溶液から溶媒等の生成物以外の成分を留去する際に、生成物が析出した時点で留去を止め、その後、残る反応溶液と析出した生成物とを固液分離して生成物を回収することもできる。
固液分離方法としては、濾過(自然ろ過、減圧ろ過、加圧ろ過、遠心ろ過、およびこれらの熱時ろ過)、自然沈降・浮上、分液、遠心分離、圧搾等が挙げられ、これらを適宜組み合わせて行ってもよい。
固液分離後の濾液に溶解した生成物(セルロース誘導体)は、生成物に対する貧溶媒を添加することにより析出させ、さらに固液分離して回収することができる。
反応溶液から回収した固形分(セルロース誘導体)は、必要に応じて洗浄し、通常の方法で乾燥することができる。
<その他のセルロース誘導体の固液不均一系での製造方法>
アシル化剤として長鎖有機基と短鎖有機基を有する混合酸無水物を用い、固液不均一系でセルロースをアシル化することで、セルロース誘導体を得ることができる。セルロースは活性化処理することが好ましい。活性化処理は通常の方法で行うことができる。
アシル化は、保液率90%以上の溶媒(例えばジオキサン、乾燥セルロース重量の例えば80~120倍量)中、酸触媒(例えば硫酸)の存在下、45~65℃で2~5時間攪拌して行うことができる。その後、水を加えて、数時間(例えば1~3時間)、加熱下(例えば55~75℃)で熟成させることが好ましい。
反応終了後は、水/メタノール混合溶媒等の貧溶媒を加えて液相に溶解している生成物を十分に析出させ、固液分離を行って生成物を回収することができる。その後、洗浄、乾燥を行うことができる。
また、アシル化は、セルロース及びアシル化剤が溶媒に溶解した均一溶解系で行ってもよい。セルロースは活性化処理することが好ましい。活性化処理は通常の方法で行うことができる。
アシル化の際の溶媒としては、N,N-ジメチルアセトアミド等のセルロースを溶解できる溶媒を用いることができる。
アシル化剤としては、アシル化に用いる溶媒と同じ溶媒中で、長鎖有機基と短鎖有機基を有する混合酸無水物を形成し、これを用いることができる。
反応終了後は、メタノール等の貧溶媒を加えて生成物を析出させ、固液分離を行って生成物を回収することができる。その後、洗浄、乾燥を行うことができる。
<セルロース誘導体の無溶媒系での製造方法>
セルロース誘導体の調製において、セルロース系原料としてCAP(セルロースアセテートプロピオネート)、CAB(セルロースアセテートブチレート)といった短鎖有機基がすでに導入されていて熱可塑性を有するセルロース系樹脂を用いる場合、セルロース系樹脂のヒドロキシ基と長鎖反応剤の反応は溶媒を使わないで行うこともできる。公知の混合機、単軸や多軸混合押出機、混練ニーダー等のコンパウンディング装置で、CAPまたはCABと長鎖反応剤を溶融混合し、ヒドロキシ基と長鎖反応剤を反応させて長鎖有機基を導入することができる。長鎖反応剤の中でも、特に、脂肪族モノイソシアネートの場合、ヒドロキシ基とイソシアネートの反応に加えて、ウレア化合物も生成するため、滑剤としてのウレア化合物の添加工程を省略でき、製造工程が簡単になる。また、CA(セルロースアセテート)は熱可塑性を示さないが、混練ニーダーで長鎖反応剤と一緒にシェアをかけながら混練することで、長鎖反応剤が可塑剤としても働き、ヒドロキシ基と長鎖反応剤の反応が可能になり、長鎖有機基が導入され、熱可塑性のあるセルロース誘導体を得ることができる。
(その他の添加剤)
<可塑剤>
本発明の実施形態によるセルロース系樹脂組成物は、通常の熱可塑性樹脂に使用する各種の添加剤を使用できる。たとえば、可塑剤を添加することで、熱可塑性や破断時の伸びを一層向上できる。高分子可塑剤の場合、脂肪族ポリエステルが好ましい。脂肪族ポリエステルとしては、例えば、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートアジペート、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシブチレートヘキサネートが挙げられ、特にポリブチレンサクシネートが好ましい。低分子可塑剤の場合、フタル酸ジブチル、フタル酸ジアリール、フタル酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジ-2-メトキシエチル、エチルフタリル・エチルグリコレート、メチルフタリル・エチルグリコレート等のフタル酸エステル;酒石酸ジブチル等の酒石酸エステル;アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ジイソノニル等のアジピン酸エステル;リン酸トリエチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリクレシルなどのリン酸エステル;ジブチルアジペート、ジオクチルアジペート、ジブチルアゼレート、ジオクチルアゼレート、ジオクチルセバケート等の二塩基性脂肪酸エステル;エポキシ化大豆油、エポキシ化亜麻仁油等のエポキシ化植物油;ヒマシ油およびその誘導体;が挙げられる。中でも特に、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ベンジル-2ブトキシエトキシエチル、リン酸トリクレジル、リン酸ジフェニルクレジル、リン酸ジフェニルオクチルなどの可塑剤が好ましい。
本発明のセルロース誘導体に可塑剤を添加する場合、その含有量は、該セルロース誘導体の全体に対して1~40質量%が好ましく、より好ましくは1~20質量%である。可塑化成分が低分子の場合や、セルロース誘導体自体に可塑性があり可塑剤添加により所望の可塑性が得られる場合は、1~10質量%がより好ましい。
<着色剤>
本発明の実施形態によるセルロース系樹脂組成物は、黒色着色剤等の着色剤を含んでも良い。
黒色着色剤等の着色剤の含有量は、0.01質量%以上に設定でき、0.05から10質量%の範囲に設定できる。十分な着色効果を得る点から、黒色着色剤の含有量は0.1質量%以上が好ましく、0.2質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がさらに好ましい。十分な着色効果を得ながら黒色着色剤の余剰量を抑える点から5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、2質量%以下がさらに好ましく、例えば1質量%以下に設定できる。なお、セルロース系樹脂組成物中の着色剤の含有量は、必須成分のセルロース誘導体(A)に対する含有率とすることができ、あるいは他の成分を含む場合は、セルロース系樹脂組成物に対する含有率とすることが好ましい。
黒色着色剤としては、カーボンブラックが好ましい。このカーボンブラックの平均粒径は、1~20nmが好ましく、5~20nmがより好ましく、8~18nmがさらに好ましい。平均粒径が小さいほど、成形体の明度が低下し、高品位の黒色(漆黒)の外観が得られる傾向がある。逆に平均粒径が大きいほど、分散性が高くなる傾向にある。これらの観点から上記の範囲にある粒子径のカーボンブラックを用いることが好ましい。この平均粒径は、カーボンブラックの粒子を電子顕微鏡で観察して求めた粒子の算術平均径である。
このカーボンブラックの比表面積は、成形体の漆黒性等の観点から、140m/g以上が好ましく、180m/g以上がより好ましい。また、分散性等の観点から、1000m/g以下のものを用いることができ、700m/g以下のものを用いることができ、さらには500m/g以下のものを用いることができる。粒子径と比表面積の関係は、一般に粒子径が小さいほど比表面積は大きくなる。成形体の明度および外観、粒子の分散性の観点から、上記の範囲にあるBET比表面積のカーボンブラックを用いることが好ましい。この比表面積は、窒素吸着量からS-BET式で求めたBET比表面積(JISK6217)である。
さらに、このカーボンブラックは、酸性であることが好ましく、具体的にはpH5以下が好ましく、pH4以下がより好ましく、pH3.5以下がさらに好ましい。このような酸性(pH値が低い)カーボンブラックを用いることにより、成形体の明度を下げることができる。例えば、好ましくはpH2.5~4、より好ましくはpH2.5~3.5のカーボンブラックを好適に用いることができる。
このpH値は、カーボンブラックと蒸留水の混合液をガラス電極pHメーターで測定した値である。具体的な測定方法は次の通りである。試料10gに対して、煮沸脱気した純水100mlを加え、ホットプレート上で15分間煮沸し室温まで冷却後、上澄液を取り除き、得られた泥状物のpHをガラス電極pHメーターで測定する。
このような酸性カーボンブラックの表面の酸性基(例えばカルボン酸基)とセルロース誘導体の極性基(例えばヒドロキシ基)との相互作用あるいは結合により親和性が向上し、カーボンブラックの高分散化が生じ、明度の低下に寄与していると考えられる。
黒色着色剤以外の他の着色剤としては、有機又は無機の顔料や染料を用いることができ、具体的には、べんがら、酸化鉄(III)、酸化クロム(III)等が挙げられる。
本実施形態によるセルロース系樹脂組成物を用いることにより、高品位な外観と耐傷付き性を有する成形体を形成できる。成形体の光沢度が高いほど、且つ明度が低いほど、より高品位の外観が得られる。その際、明度が低いほど、より漆黒性が高くなる。
<充填剤>
本実施形態例の樹脂組成物には、必要に応じて、無機系もしくは有機系の粒状または繊維状の充填剤を添加できる。充填剤を添加することによって、強度や剛性を一層向上できる。充填剤としては、例えば、鉱物質粒子(タルク、マイカ、焼成珪成土、カオリン、セリサイト、ベントナイト、スメクタイト、クレイ、シリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ガラス粉、ガラスフレーク、ミルドファイバー、ワラストナイト(またはウォラストナイト)など)、ホウ素含有化合物(窒化ホウ素、炭化ホウ素、ホウ化チタンなど)、金属炭酸塩(炭酸マグネシウム、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウムなど)、金属珪酸塩(珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウム、アルミノ珪酸マグネシウムなど)、金属酸化物(酸化マグネシウムなど)、金属水酸化物(水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなど)、金属硫酸塩(硫酸カルシウム、硫酸バリウムなど)、金属炭化物(炭化ケイ素、炭化アルミニウム、炭化チタンなど)、金属窒化物(窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタンなど)、ホワイトカーボン、各種金属箔が挙げられる。繊維状の充填剤としては、有機繊維(天然繊維、紙類など)、無機繊維(ガラス繊維、アスベスト繊維、カーボン繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ウォラストナイト、ジルコニア繊維、チタン酸カリウム繊維など)、金属繊維などが挙げられる。これらの充填剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
その他の成分として、通常の成形用樹脂材料に一般に使用される添加剤、特に、通常のセルロース系樹脂に一般に使用される添加剤を含んでいてもよい。そのような添加剤としては、例えばフェノール系やリン系などの酸化防止剤、着色剤、光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、抗菌・防かび剤、難燃剤等が挙げられる。
(セルロース系樹脂組成物の製造方法)
本発明の実施形態によるセルロース系樹脂組成物の調製方法については、特に限定はなく、例えばセルロース誘導体(A)と滑剤(B)と、必要に応じて各種添加剤を、ハンドミキシングや、通常の混合機で溶融混合することでセルロース系樹脂組成物を得ることができる。混合機としては、例えばタンブラーミキサー、リボンブレンダー、単軸や多軸混合押出機、混練ニーダー、混練ロール等のコンパウンディング装置を用いることができる。溶融混合後は、必要に応じ適当な形状に造粒等を行うことができ、例えばペレタイザーを用いてペレット化することができる。また別の好適な調製方法として、有機溶媒等の溶剤に分散させた、セルロース誘導体と滑剤と必要に応じて各種添加剤を混合し、さらに必要に応じて、凝固用溶剤を添加して各種添加剤と樹脂の混合組成物を得て、その後、溶剤を蒸発させる方法がある。
(成形体)
本発明の実施形態によるセルロース系樹脂組成物を用いて形成された成形体は、通常の成形方法により所望の形状にすることができ、その形状は限定されず、その成形体の厚みも制限されないが、より高品位の外観を確保する点から0.5mm以上が好ましく、0.8mm以上がより好ましい。一方、成形体の厚みの上限も特に制限されず、求められる形状や強度等に応じて適宜設定することができるが、例えば10mm以下、さらに5mm以下の厚みに設定しても、十分な機械強度とともに、高品位の外観を得ることができる。
成形体の全体(厚み方向を含む任意の方向の全体)にわたってカーボンブラックが分布しているため、塗装や化粧フィルム等を設けなくても、任意の形状において高品位の外観を得ることができる。
本発明の実施形態によるセルロース系樹脂組成物は、射出成形、射出圧縮成形、インジェクションブロー成形、押し出し成形、ブロー成形などの通常の成形方法により、使用目的に応じた成形体にすることができる。
本発明の実施形態によるセルロース系樹脂組成物を用いて形成された成形体は、高品位な外観を有し、且つ機械特性に優れるため、筐体、外装、化粧板、化粧フィルムに適用でき、例えば電子機器、家電製品、各種の容器、建材、家具、文具、自動車、家庭用品に使用されている部材に代えて用いることができる。例えば、電子機器や家電製品の筐体および外装部品、各種の収納ケース、食器類、建材のインテリア部材、自動車の内装材、その他の日常生活用品にも使用することができる。
本発明の実施形態によれば、本発明による樹脂組成物を用いて形成された成形体を含む電子機器あるいは家電製品、自動車、建材、家具、文具、家庭用品等の製品を提供できる。
電子機器あるいは家電製品の用途としては、パソコン、固定電話、携帯電話端末、スマートフォン、タブレット、POS端末、ルーター、プロジェクター、スピーカー、照明器具、電卓、リモコン、冷蔵庫、洗濯機、加湿器、除湿器、ビデオレコーダー・プレイヤー、掃除機、エアコン、炊飯器、電動髭剃り、電動歯ブラシ、食洗機、放送機器などの筐体、スマートフォンなど携帯端末のケース類が挙げられる。
自動車用途としては、内装のインストルメントパネル、ダッシュボード、カップホルダー、ドアトリム、アームレスト、ドアハンドル、ドアロック、ハンドル、ブレーキレバー、ベンチレーター、シフトレバーなどが挙げられる。
建材としては、インテリア部材の壁材、タイル、床材、窓枠、ドアノブなどが挙げられる。
家具用途としては、タンス、本棚、テーブル、イスなどの外装が挙げられる。
文具用途としては、ペン、ペンケース、ブックカバー、はさみ、カッターなどの外装が挙げられる。
生活用品用途としては、めがねのフレーム、化粧品の容器、商品の化粧箱、装身具本体や外装、ボタン等の衣類の装飾部品、イヤホンの外装、カード類の本体や外装、名刺皿が挙げられる。
その他、例えばスポーツ関連用品としては、ゴルフティーやゴルフマーカーが挙げられる。
以下、具体例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。
実施例および比較例で使用した構成材料は以下の通りである。
セルロース誘導体(A):合成例1で得られたセルロース誘導体(C1)、合成例2で得られたセルロース誘導体(C2)、合成例3で得られたセルロース誘導体(C3)、合成例4で得られたセルロース誘導体(C4)、セルロースアセテートプロピオネート(プロピオニル基の導入比率(置換度)DS=2.49、アセチル基の導入比率(置換度)DS=0.18、イーストマンケミカル社製、商品名:CAP-482-20、重量平均分子量12万(標準ポリスチレン基準)、数平均分子量=3.9万(標準ポリスチレン基準))
PBS樹脂:ポリブチレンサクシネート(PTTMCC Biochem社製、商品名:FZ71PM)
カーボンブラック1(CB1):酸性カーボンブラック(平均粒径:13nm、pH3)(三菱ケミカル(株)製、製品名:三菱カーボンブラック♯2650)
カーボンブラック2(CB2):中性カーボンブラック(平均粒径:13nm、pH6.5)(三菱ケミカル(株)製、製品名:三菱カーボンブラック♯2600)
ウレア化合物(B1a):合成例1~3の記載の方法に従って長鎖有機基を導入するプロセスにおいて形成したウレア成分。
ウレア化合物(B1b):合成例5に記載の方法に従って調製したウレア化合物。
アミド化合物(B2a):ステアリン酸アミド(花王株式会社製、商品名:脂肪酸アマイドS)
アミド化合物化合物(B2b):エチレンビスステアリン酸アミド(花王株式会社製、商品名:カオーワックスEB-FF)
脂肪酸金属塩(B3a):ステアリン酸カルシウム(日油株式会社製、製品名:カルシウムステアレートS)
脂肪酸金属塩(B3b):ステアリン酸亜鉛(日油株式会社製、製品名:ニッサンエレクトールMZ-2)
脂肪酸金属塩(B3c):ステアリン酸マグネシウム(日油株式会社製、製品名:マグネシウムステアレートGP)
脂肪酸金属塩(B3d):モノステアリン酸アルミニウム(日油株式会社製、製品名:アルミニウムステアレート300)
脂肪酸金属塩(B3e):ジステアリン酸アルミニウム(日油株式会社製、製品名:アルミニウムステアレート600)
脂肪酸金属塩(B3f):トリステアリン酸アルミニウム(日油株式会社製、製品名:アルミニウムステアレート900)
脂肪酸金属塩(B3g):ラウリン酸亜鉛(日油株式会社製、製品名:ジンクラウレートGP)
シリコーン系滑剤(B4):旭化成ワッカーシリコーン株式会社製、製品名:Genioplast Pellet S
[合成例1]
セルロースアセテートプロピオネート(イーストマンケミカル社製、商品名:CAP482-20、プロピオニル基のDS=2.49、アセチル基のDS=0.18)500gに、オクタデシルイソシアネート15.8g、ジブチルスズジラウレート0.25gを混合し、200℃の小型二軸連続式混練機(栗本鐵工所製、製品名:S1 KRC KNEADER、以下「混練機」)に投入し溶融させながら反応を行うことでセルロース誘導体(C1)を合成した。ウレア成分の生成に必要な水分はセルロースアセテートプロピオネートに含まれる水分や大気中の水分から供給される。
セルロース誘導体(C1)に導入された長鎖有機基の置換度DSLOは、H-NMRにより求め、DSLO=0.005であった。
また、生成したウレア成分(B1a)の量は、仕込み量と長鎖有機基の置換度DSLOから未反応のイソシアネート量を求め、未反応イソシアネートが全てウレア化したとして算出した結果、得られたセルロース誘導体中2.6質量%(セルロース誘導体100質量部に対して2.7質量部)であった。
[合成例2]
合成例1で用いたものと同じセルロースアセテートプロピオネート500gに、オクタデシルイソシアネート47.3g、ジブチルスズジラウレート0.25gを混合し、合成例1と同様に、200℃の混練機に投入し溶融させながら反応を行うことでセルロース誘導体(C2)を合成した。
セルロース誘導体(C2)に導入された長鎖有機基の置換度DSLOは、H-NMRにより求め、DSLO=0.023であった。
また、生成したウレア成分(B1a)は、合成例1と同様にして算出した結果、得られたセルロース誘導体中6.6質量%(セルロース誘導体100質量部に対して7.1質量部)であった。
[合成例3]
合成例1で用いたものと同じセルロースアセテートプロピオネート530gに、オクタデシルイソシアネート166g、ジブチルスズジラウレート0.26gを混合し、合成例1と同様に、200℃の混練機に投入し溶融させながら反応を行うことでセルロース誘導体(C3)を合成した。
セルロース誘導体(C3)に導入された長鎖有機基の置換度DSLOは、H-NMRにより求め、DSLO=0.068であった。
また、生成したウレア成分(B1a)は、合成例1と同様にして算出した結果、得られたセルロース誘導体中7.7質量%(セルロース誘導体100質量部に対して8.3質量部)であった。
[合成例4]
セルロース(粉末パルプ、含水率6.4%)5.4g(乾燥質量換算)を反応器に投入し、窒素雰囲気下で71.1mLのN-メチルピロリドンと9.9mLのピリジンに分散させ室温で一晩撹拌して活性化を行った。その後、分散したセルロースを含む溶液を約-10℃に冷却し、ステアロイルクロリド5.04gと塩化プロピオニル9.24gを予め混合して反応器に投入した。90℃で4時間加熱しながら撹拌した後、65℃まで冷却し、メタノール81mLを加えて30分程度撹拌した。さらに水を18mL加えて生成物を析出させ、吸引ろ過で回収した。得られた固形分を65mLのメタノールでろ液の色が消えるまで洗浄した。洗浄した固形分を105℃で5時間真空乾燥し、粉末状のセルロース誘導体(C4)10.9gを得た。H-NMRにより測定した結果、セルロース誘導体(C4)の短鎖有機基の置換度DSSHは2.2、長鎖有機基の置換度DSLoは0.33であった。
[合成例5]
オクタデシルイソシアネート200gを1,4-ジオキサン200gに溶かした後、ジブチルスズジラウレート0.40g、水10mLを添加し、室温で一晩撹拌することで、白濁溶液を得た。その後、白濁溶液を吸引ろ過することで白色固体を回収し、さらに白色固体をクロロホルムに分散させ吸引ろ過することで未反応物を取り除いた。洗浄した白色固体を105℃で2時間真空乾燥し、下記式で示されるウレア化合物(B1b)を得た。
Figure 0007143860000006
(樹脂組成物および成形体の作製/評価用試料の調製)
[実施例1~3]
実施例1~3について、表1に示す材料および組成比で配合した混合物を混練機に投入し、200℃で混練し、水冷回収してペレット化した。得られたペレットは110℃で2時間乾燥した。
なお、成分B1aは、合成例1~3で得られたセルロース誘導体に含まれている。
[実施例4~21]
実施例4~21について、表2~4に示す材料を用意し、表2~4に示す組成比で配合した混合物を混練機に投入し、200℃で混練し、水冷回収してペレット化した。得られたペレットは110℃で2時間乾燥した。
[比較例1]
比較例1について、表1に示す材料を用意し、表1に示す組成比で配合した混合物を用いた以外は、実施例1~3と同様にしてペレットを得た。
[比較例2]
比較例2について、表2に示す材料を用意し、表2に示す組成比で配合した混合物を用いた以外は、実施例4~21と同様にしてペレットを得た。
<成形方法:プレス成形>
得られたペレットを成形直前に再度110℃で2時間乾燥して使用し、熱プレス成形機(テスター産業株式会社製、製品名:SA-303 卓上型テストプレスS型)により、190℃で厚み0.3mm、直径100mmの円形状のプレスフィルムを作製した。金型は、鏡面研磨処理により表面粗さRa=1nmとしたものを使用した(表面粗さはOLYMPUS製、レーザー顕微鏡OLS4100(製品名)にて評価した)。
(光沢度の測定)
得られた評価用試料の20°鏡面光沢度(GS20°)を、光沢計(コニカミノルタ製、製品名:光沢計GM-268Plus、適合規格:ISO 2813、ISO 7668、ASTM D 523、ASTM D 2457、DIN 67 530、JIS Z 8741、BS 3900、BS 6161(Part12))で測定した。
(ガーゼ摩擦試験)
得られた評価用試料に対して、以下のように摩擦試験機((株)安田精機製、製品名:クロックメーター(摩擦試験機I形))で摩擦を加えて光沢度の変化を評価した。
まず、摩擦試験機の摩擦子には、一般医療機器医療ガーゼタイプI、綿100%のガーゼを2枚重ねて固定した。摩擦子の荷重は8.83N(900gf)、摩擦子の直径は16mm、摩擦距離は100mm、摩擦速度は60回/minとした。
耐摩擦性として、摩擦後の光沢度の保持率(摩擦後の光沢度/摩擦前の光沢度×100)が95%以上を○、70%以上95%未満を△、70%未満を×とした。
なお、摩擦回数は200回とした。
Figure 0007143860000007
Figure 0007143860000008
Figure 0007143860000009
Figure 0007143860000010
表1から、ウレア成分(B1a)を含む実施例1~3の樹脂組成物により得られた成形体は、熱可塑性を有しながら、ウレア成分(B1a)を含まない比較例1に比べて、良好な耐摩擦性を有することが分かる。
表2は、セルロース誘導体C4をベースとして滑剤の種類と添加量を変えた場合(実施例4~13)、及び滑剤を含まない場合(比較例2)を示す。実施例4~13と比較例2を対比すると、ウレア化合物(B1b)、ステアリン酸アミド(B2a)、エチレンビスステアリン酸アミド(B2b)、ステアリン酸カルシウム(B3)又はシリコーン系滑剤(B4)を添加することで、良好な耐摩耗性を有する熱可塑性の樹脂組成物が得られることが分かる。
また、実施例4~6(ウレア化合物の含有量:1.5~2.5質量部)は、比較例2(滑剤無し)に比べて、ウレア化合物(B1b)の組成比(含有量)が1.5質量部以上(セルロース誘導体(A)に対して1.5質量%以上)であると、耐摩耗性が向上することがわかる。また、実施例10~12(脂肪族金属塩の含有量:1~5質量部)は、比較例2(滑剤無し)と比べて、脂肪族金属塩(B3a)の組成比(含有量)が1質量部以上(セルロース誘導体(A)に対して1質量%以上)であると、耐摩耗性が向上することがわかる。
表3から、実施例の樹脂組成物により得られた成形体は、比較例2(滑剤無し)に比べて、外観(光沢度)を大きく損なうことなく、耐摩擦性を向上することが分かる。
表4から、実施例の樹脂組成物により得られた成形体は、比較例2(滑剤無し)に比べて、外観(光沢度)を大きく損なうことなく、耐摩擦性を向上することが分かる。
以上、実施形態及び実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
セルロース誘導体(A)と、滑剤(B)とを含むセルロース系樹脂組成物であって、
前記セルロース誘導体(A)は、セルロースのヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が、炭素数2~4の短鎖有機基、及び炭素数8~30の長鎖有機基により下記式を満たす置換度で置換され、
2.0≦DSSH≦2.7
0.003≦DSLO
2.4≦DSSH+DSLO≦3
(DSSHは前記短鎖有機基の置換度、DSLOは前記長鎖有機基の置換度を示す。)
前記滑剤(B)が、ウレア基(-NH-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有するウレア化合物(B1)、アミド基(-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有するアミド化合物(B2)、脂肪酸金属塩(B3)、及びシリコーン系滑剤(B4)から選ばれる少なくとも一種であり、
前記滑剤(B)の含有量が0.1~10質量%の範囲にあるセルロース系樹脂組成物。
(付記2)
前記セルロース誘導体(A)の短鎖有機基が、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基から選ばれる少なくとも一種のアシル基である、付記1に記載のセルロース系樹脂組成物。
(付記3)
前記セルロース誘導体(A)の長鎖有機基が、下記式(L1)又は(L2)で表される基である、付記1又は2に記載のセルロース系樹脂組成物。
R-C(=O)- (L1)
R-NHC(=O)- (L2)
(Rは有機基を示す。)
(付記4)
前記滑剤(B)が、ウレア化合物(B1)を含み、該ウレア化合物(B1)が下記式(N1)で示されるウレア化合物である、付記1から3のいずれかに記載のセルロース系樹脂組成物。
Figure 0007143860000011
(n及びmはそれぞれ独立に6~33の整数を示す)
(付記5)
前記滑剤(B)が、アミド化合物(B2)を含み、該アミド化合物(B2)が、下記式(N2)で表されるモノアミド化合物、及び下記式(N3)で表されるビスアミド化合物の少なくとも一方である、付記1から3のいずれかに記載のセルロース系樹脂組成物。
Figure 0007143860000012
(pは6~33の整数を示す)
Figure 0007143860000013
(q及びrはそれぞれ独立に6~33の整数を示し、sは1~6の整数を示す)
(付記6)
前記滑剤(B)が脂肪酸金属塩(B3)を含み、該脂肪酸金属塩(B3)が融点100~200℃の範囲にあるか、又は分子量が少なくとも500の脂肪酸金属塩である、付記1から3のいずれかに記載のセルロース系樹脂組成物。
(付記7)
前記滑剤(B)が脂肪酸金属塩(B3)を含み、該脂肪酸金属塩(B3)がステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、モノステアリン酸アルミニウム、ジステアリン酸アルミニウム、トリステアリン酸アルミニウム、ラウリン酸亜鉛から選ばれる少なくとも1種である、付記1から3のいずれかに記載のセルロース系樹脂組成物。
(付記8)
前記滑剤がシリコーン系滑剤(B4)を含み、該シリコーン系滑剤(B4)がシリカを含むシリコーン系滑剤である、付記1から3のいずれかに記載のセルロース系樹脂組成物。
(付記9)
前記セルロース系樹脂組成物が、さらに着色剤を含む、付記1から8のいずれかに記載のセルロース系樹脂組成物。
(付記10)
前記着色剤が黒色着色剤である、付記9に記載のセルロース系樹脂組成物。
(付記11)
前記黒色着色剤がカーボンブラックである、付記10に記載のセルロース系樹脂組成物。
(付記12)
付記1から11のいずれかに記載のセルロース系樹脂組成物を用いて形成された成形体。
(付記13)
付記12に記載の成形体を用いた製品。
(付記14)
セルロース誘導体(A)及び滑剤(B)を含むセルロース系樹脂組成物を製造する方法であって、
前記セルロース誘導体(A)は、セルロースのヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が、炭素数2~4の短鎖有機基、及び炭素数7以上の非環式脂肪族基を含む炭素数8~30の長鎖有機基により置換され、
前記滑剤(B)は、ウレア基(-NH-C(=O)-NH-)及び炭素数7以上の非環式脂肪族基を有するウレア化合物(B1)を含み、
前記製造方法は、炭素数2~4のアシル基が導入された短鎖結合セルロース誘導体と、炭素数7以上の非環式脂肪族基を有する脂肪族イソシアネート化合物と、水分と、反応触媒を混合し、溶融混練して、前記長鎖有機基および前記短鎖有機基が結合したセルロース誘導体(A)及びウレア化合物(B1)を形成する工程を有する、セルロース系樹脂組成物の製造方法。
(付記15)
前記ウレア化合物(B1)が下記式(N1)で示されるウレア化合物である、付記14に記載のセルロース系樹脂組成物の製造方法。
Figure 0007143860000014
(n及びmはそれぞれ独立に7~29の整数を示す)
(付記16)
前記セルロース誘導体(A)は、セルロースのヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が前記長鎖有機基及び前記短鎖有機基により下記式を満たす置換度で置換されている、付記14又は15に記載のセルロース系樹脂組成物の製造方法。
2.0≦DSSH≦2.7
0.003≦DSLO
2.4≦DSSH+DSLO≦3
(DSSHは前記短鎖有機基の置換度、DSLOは前記長鎖有機基の置換度を示す。)
この出願は、2017年12月15日に出願された日本出願特願2017-241069を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (15)

  1. セルロース誘導体(A)と、滑剤(B)とを含むセルロース系樹脂組成物であって、
    前記セルロース誘導体(A)は、セルロースのヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が、炭素数2~4の短鎖有機基、及び炭素数8~30の長鎖有機基により下記式を満たす置換度で置換され、
    2.0≦DSSH≦2.7
    0.003≦DSLO
    2.4≦DSSH+DSLO≦3
    (DSSHは前記短鎖有機基の置換度、DSLOは前記長鎖有機基の置換度を示す。)
    前記滑剤(B)が、ウレア基(-NH-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有するウレア化合物(B1)、アミド基(-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有するアミド化合物(B2)、脂肪酸金属塩(B3)、及びシリコーン系滑剤(B4)から選ばれる少なくとも一種であり、
    前記滑剤(B)が、ウレア化合物(B1)を含み、該ウレア化合物(B1)が下記式(N1)で示されるウレア化合物であり、
    前記滑剤(B)の含有量が0.1~10質量%の範囲にあるセルロース系樹脂組成物。
    Figure 0007143860000015
    (n及びmはそれぞれ独立に6~33の整数を示す)
  2. セルロース誘導体(A)と、滑剤(B)とを含むセルロース系樹脂組成物であって、
    前記セルロース誘導体(A)は、セルロースのヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が、炭素数2~4の短鎖有機基、及び炭素数8~30の長鎖有機基により下記式を満たす置換度で置換され、
    2.0≦DSSH≦2.7
    0.003≦DSLO
    2.4≦DSSH+DSLO≦3
    (DSSHは前記短鎖有機基の置換度、DSLOは前記長鎖有機基の置換度を示す。)
    前記滑剤(B)が、ウレア基(-NH-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有するウレア化合物(B1)、アミド基(-C(=O)-NH-)と炭素数6~33の非環式脂肪族基を有するアミド化合物(B2)、脂肪酸金属塩(B3)、及びシリコーン系滑剤(B4)から選ばれる少なくとも一種であり、
    前記滑剤(B)がシリコーン系滑剤(B4)を含み、該シリコーン系滑剤(B4)がシリカを含むシリコーン系滑剤であり、
    前記滑剤(B)の含有量が0.1~10質量%の範囲にあるセルロース系樹脂組成物。
  3. 前記アミド化合物(B2)が、下記式(N2)で表されるモノアミド化合物、及び下記式(N3)で表されるビスアミド化合物の少なくとも一方である、請求項1又は2に記載のセルロース系樹脂組成物。
    Figure 0007143860000016
    (pは6~33の整数を示す)
    Figure 0007143860000017
    (q及びrはそれぞれ独立に6~33の整数を示し、sは1~6の整数を示す)
  4. 前記脂肪酸金属塩(B3)がステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、モノステアリン酸アルミニウム、ジステアリン酸アルミニウム、トリステアリン酸アルミニウム、ラウリン酸亜鉛から選ばれる少なくとも1種である、請求項1又は2に記載のセルロース系樹脂組成物。
  5. 前記滑剤(B)が、前記式(N1)で示されるウレア化合物である、請求項1に記載のセルロース系樹脂組成物。
  6. 前記滑剤(B)が、シリカを含むシリコーン系滑剤である、請求項2に記載のセルロース系樹脂組成物。
  7. 前記セルロース誘導体(A)の短鎖有機基が、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基から選ばれる少なくとも一種のアシル基である、請求項1から6のいずれか一項に記載のセルロース系樹脂組成物。
  8. 前記セルロース誘導体(A)の長鎖有機基が、 2n+1 C(=O)-又はC 2n+1 NHC(=O)-(式中のnは7~29の整数)で表される基である、請求項1から7のいずれか一項に記載のセルロース系樹脂組成物
  9. 前記セルロース系樹脂組成物が、さらに着色剤を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載のセルロース系樹脂組成物。
  10. 前記着色剤がカーボンブラックである、請求項9に記載のセルロース系樹脂組成物。
  11. 請求項1から10のいずれか一項に記載のセルロース系樹脂組成物を用いて形成された成形体。
  12. 請求項11に記載の成形体を用いた製品。
  13. セルロース誘導体(A)及び滑剤(B)を含むセルロース系樹脂組成物を製造する方法であって、
    前記セルロース誘導体(A)は、セルロースのヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が、炭素数2~4の短鎖有機基、及び炭素数7以上の非環式脂肪族基を含む炭素数8~30の長鎖有機基により置換され、
    前記滑剤(B)は、ウレア基(-NH-C(=O)-NH-)及び炭素数7以上の非環式脂肪族基を有するウレア化合物(B1)を含み、
    前記製造方法は、炭素数2~4のアシル基が導入された短鎖結合セルロース誘導体と、炭素数7以上の非環式脂肪族基を有する脂肪族イソシアネート化合物と、水分と、反応触媒を混合し、溶融混練して、前記長鎖有機基および前記短鎖有機基が結合したセルロース誘導体(A)及びウレア化合物(B1)を形成する工程を有する、セルロース系樹脂組成物の製造方法。
  14. 前記ウレア化合物(B1)が下記式(N1)で示されるウレア化合物である、請求項13に記載のセルロース系樹脂組成物の製造方法。
    Figure 0007143860000018
    (n及びmはそれぞれ独立に7~29の整数を示す)
  15. 前記セルロース誘導体(A)は、セルロースのヒドロキシ基の水素原子の少なくとも一部が前記長鎖有機基及び前記短鎖有機基により下記式を満たす置換度で置換されている、請求項13又は14に記載のセルロース系樹脂組成物の製造方法。
    2.0≦DSSH≦2.7
    0.003≦DSLO
    2.4≦DSSH+DSLO≦3
    (DSSHは前記短鎖有機基の置換度、DSLOは前記長鎖有機基の置換度を示す。)
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