JP7163046B2 - biomass resin composition - Google Patents

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Description

本発明は、バイオマス樹脂組成物に関する。 The present invention relates to biomass resin compositions.

エネルギー消費、化石資源の利用、二酸化炭素排出等の削減といった観点から、バイオマス資源が注目されている。ただし、バイオマス樹脂の代表格である、乳酸を重合することでプラスチックとして合成されるポリ乳酸であっても、ABS樹脂と比較すると強度や耐衝撃性に劣り、また、耐熱性も低いプラスチックであるため、ガラス繊維等の強化剤とともに使用されている(例えば、特許文献1参照)。 Biomass resources are attracting attention from the viewpoint of energy consumption, utilization of fossil resources, and reduction of carbon dioxide emissions. However, even polylactic acid, which is a representative biomass resin and is synthesized as a plastic by polymerizing lactic acid, is inferior to ABS resin in strength and impact resistance, and is also a plastic with low heat resistance. Therefore, it is used together with a reinforcing agent such as glass fiber (see, for example, Patent Document 1).

一方、セルロースは、植物細胞の細胞壁及び植物繊維の主成分であり、多数のβ-グルコース分子がグリコシド結合により直鎖状に重合した天然高分子であるため、環境負荷が小さい。このセルロース繊維は、基本となる単位である幅3~4nmのシングルセルロースナノファイバーが束となって細胞壁中での基本単位である幅10~20nmのセルロースナノファイバーを構成し、それがさらに太さ数10μm束となった構造となっている。セルロースナノファイバーは原料となるパルプやセルロースパウダーにヘミセルロース、場合によってはリグニンを含むため、セルロースナノファイバーがそれらの成分を伴うことが多いが、全重量に対してセルロース含有率は85質量%より大きい。 On the other hand, cellulose is a main component of the cell walls of plant cells and plant fibers, and is a natural polymer in which a large number of β-glucose molecules are linearly polymerized through glycosidic bonds, and thus has a small environmental load. In this cellulose fiber, single cellulose nanofibers with a width of 3 to 4 nm, which are the basic units, are bundled to form cellulose nanofibers with a width of 10 to 20 nm, which are the basic units in the cell wall. It has a structure of bundles of several tens of μm. Cellulose nanofibers often contain hemicellulose and sometimes lignin in pulp or cellulose powder as raw materials, so cellulose nanofibers are often accompanied by these components, but the cellulose content is greater than 85% by mass based on the total weight. .

近年、これらのナノファイバーは、高弾性率、高強度、低線膨張係数、ガスバリア性等優れた特性を有することがわかり、且つ、ガラス繊維、炭素繊維、無機フィラー等と比較して軽量であるため、樹脂強化材、塗料添加剤、フィルム、増粘剤等様々な用途を想定して研究開発がなされている。 In recent years, these nanofibers have been found to have excellent properties such as high elastic modulus, high strength, low coefficient of linear expansion, and gas barrier properties, and are lighter than glass fibers, carbon fibers, inorganic fillers, etc. Therefore, research and development are being carried out on the assumption of various uses such as resin reinforcing materials, paint additives, films, and thickeners.

ナノファイバーの製造方法としては、高圧分散装置、グラインダー等を用いた機械的に解繊する方法、パルプをカチオン化剤で化学的に親水化した後に混練機等を用いて機械的に簡易に解繊する方法、TEMPO触媒等を用いて部分的に酸化させて化学的に解繊し易くする方法等が挙げられる。 As a method for producing nanofibers, there is a method of mechanical defibration using a high-pressure dispersing device, a grinder, etc., and a simple mechanical defibration method using a kneader after chemically hydrophilizing the pulp with a cationizing agent. Examples include a method of fibrillating, a method of partially oxidizing using a TEMPO catalyst or the like to facilitate chemical fibrillation, and the like.

特開2014-198820号公報JP 2014-198820 A

強度、耐熱性等が劣るバイオマスプラスチックについては、フィラーを入れて強化が試みられているが、特許文献1のようにガラス繊維を入れた場合には比重が重くなりバイオマス材料の特性を生かすことができない。 Regarding biomass plastics, which are inferior in strength and heat resistance, attempts have been made to strengthen them by adding fillers. Can not.

このため、天然繊維をフィラーとして用いてバイオマス比率を上げて軽量化することが考えられるが、強度を維持するために複数の工程を有するバイオマスの前処理及び非バイオマス系の添加剤の添加が行われることが一般的であるが、生分解性やバイオガス精製の観点では、構成成分が100質量%バイオマス材料であることが好ましいとされている。 For this reason, it is conceivable to use natural fibers as fillers to increase the biomass ratio and reduce weight. However, from the viewpoint of biodegradability and biogas refining, it is preferred that the constituent component is 100% by mass biomass material.

ところで、ナノファイバーは単独で使用することは少なく、有機成分や有機溶媒と組合せて使用することも多いが、セルロースはグルコース分子の水酸基を多数有しているため強い親水性となり、細い径に解繊するほど水酸基同士の水素結合により強く凝集しやすく、疎水性である有機物との親和性に欠ける等の欠点があった。つまり、水中では安定に存在するが、水を多く含んだ状態のままでは疎水性の高分子や加水分解性の高分子との複合(特に溶融混練)が行いにくく、乾燥すると凝集して高分子中で異物となり特性を低下させるため、高分子中でナノファイバーの保有する特性を発揮させることが難しいという問題点があった。 By the way, nanofibers are rarely used alone, and are often used in combination with organic components and organic solvents. As the fibers become thinner, hydrogen bonds between hydroxyl groups tend to agglomerate more strongly, and there are drawbacks such as a lack of affinity with hydrophobic organic substances. In other words, although it exists stably in water, it is difficult to combine with hydrophobic or hydrolyzable polymers (especially melt-kneading) in a water-rich state. There is a problem that it is difficult to exhibit the properties possessed by the nanofiber in the polymer because it becomes a foreign matter inside and deteriorates the properties.

ナノファイバーを疎水化する方法も検討されているが、化学的にナノファイバーの水酸基に疎水基を置換させる方法が殆どである。その場合、コストがかかることと、水酸基の一部が置換されるにとどまるため、水素結合による凝集を抑えきれない等の問題点が残る。また、疎水化させるほど置換基が嵩高くなり、セルロースに対する質量比率が増し、耐熱性及び弾性率を損なう傾向がある。 Methods for hydrophobizing nanofibers have also been investigated, but most of them involve chemically substituting hydrophobic groups for hydroxyl groups of nanofibers. In that case, the cost is high, and since only a part of the hydroxyl groups are substituted, there remain problems such as the inability to suppress aggregation due to hydrogen bonding. In addition, the more hydrophobic the substituent becomes, the more bulky the substituent becomes, and the mass ratio to cellulose increases, which tends to impair the heat resistance and elastic modulus.

これらは、通常のセルロース繊維でも同様の課題があるが、特に質量に対して多くの水酸基が表面に露出しているセルロースナノファイバーで顕著に現れる課題である。 Although these problems are similar to those of ordinary cellulose fibers, they are problems that are particularly conspicuous in cellulose nanofibers in which a large number of hydroxyl groups are exposed on the surface relative to the mass.

そこで、本発明は、非バイオマスのフィラーを添加せずとも高強度な(引張強度、引張弾性率及び引張伸びが大きい)バイオマス樹脂組成物を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a biomass resin composition having high strength (high tensile strength, tensile elastic modulus and tensile elongation) without adding a non-biomass filler.

上記目的を鑑み、鋭意検討した結果、本発明者らは、セルロース含有率がバイオマスフィラーとバイオマス樹脂とを、バイオマス比率が99質量%以上となるように含有することで、上記課題を全て解決できることを見出した。そして、さらに研究を重ね、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下の構成を包含する。
項1.バイオマスフィラー及びバイオマス樹脂を含有し、
前記バイオマスフィラーのセルロース含有率が60~85質量%であり、且つ、
バイオマス比率が99質量%以上である、バイオマス樹脂組成物。
項2.前記バイオマスフィラーが、直径1μm未満の繊維を含む、項1に記載のバイオマス樹脂組成物。
項3.前記バイオマスフィラーが、直径1μm未満の繊維と、直径1μm以上の繊維の双方を含み、直径1μm未満の繊維と直径1μm以上の繊維の総量を100質量%として、前記直径1μm未満の繊維の含有量が5~80質量%である、項1又は2に記載のバイオマス樹脂組成物。
項4.前記直径1μm未満の繊維が独立して前記バイオマス樹脂中に分散している、項2又は3に記載のバイオマス樹脂組成物。
項5.バイオマス樹脂組成物総量を100質量%として、前記バイオマスフィラーの含有量が5~80質量%である、項1~4のいずれか1項に記載のバイオマス樹脂組成物。
項6.前記バイオマス樹脂が、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリアミド4、ポリアミド11、ポリエチレン、ポリプロピレン及びこれらの共重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種のバイオマス樹脂である、項1~5のいずれか1項に記載のバイオマス樹脂組成物。
項7.前記バイオマスフィラーが、亜麻、マニラ麻、ジュート、ラミー、サイザル麻及び綿よりなる群から選ばれる少なくとも1種のバイオマスフィラーである、項1~6のいずれか1項に記載のバイオマス樹脂組成物。
項8.項1~7のいずれか1項に記載のバイオマス樹脂組成物の製造方法であって、
前記バイオマスフィラー及び前記バイオマス樹脂を混練する混練工程
を備える、製造方法。
項9.前記バイオマスフィラーが、解繊処理が施されたバイオマスフィラーである、項8に記載の製造方法。
項10.前記解繊処理が1~2回施されている、項9に記載の製造方法。
項11.前記混練が有機溶媒を添加した状態で行われる、項8~10のいずれか1項に記載の製造方法。
項12.前記有機溶媒が、オキシアルキレン基、ケトン基、エステル基及びスルフィニル基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する、項11に記載の製造方法。
項13.前記有機溶媒が、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、環状ケトン基、環状エステル基及びジアルキルスルホキシド基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する、項11又は12に記載の製造方法。
項14.前記有機溶媒が水酸基を有さない、項11~13のいずれか1項に記載の製造方法。
項15.前記有機溶媒の沸点が50~250℃である、項11~14のいずれか1項に記載の製造方法。
項16.前記有機溶媒が、ジエチレングリコールジアルキルエーテル化合物、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル化合物、脂肪族環状ケトン化合物、酢酸アルキル化合物、プロピオン酸アルキ化合物及び酪酸アルキル化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項11~15のいずれか1項に記載の製造方法。
項17.前記有機溶媒が、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、酪酸ブチル、酪酸ペンチル、酪酸イソペンチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリジノン及びジメチルスルホキシドよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項11~16のいずれか1項に記載の製造方法。
In view of the above object, as a result of intensive studies, the present inventors have found that all of the above problems can be solved by containing a biomass filler and a biomass resin so that the biomass ratio is 99% by mass or more. I found After further research, the present invention was completed. That is, the present invention includes the following configurations.
Section 1. containing biomass filler and biomass resin,
The biomass filler has a cellulose content of 60 to 85% by mass, and
A biomass resin composition having a biomass ratio of 99% by mass or more.
Section 2. Item 2. The biomass resin composition according to Item 1, wherein the biomass filler contains fibers having a diameter of less than 1 μm.
Item 3. The biomass filler contains both fibers with a diameter of less than 1 μm and fibers with a diameter of 1 μm or more, and the total amount of the fibers with a diameter of less than 1 μm and the fibers with a diameter of 1 μm or more is 100% by mass, and the content of the fibers with a diameter of less than 1 μm 3. The biomass resin composition according to item 1 or 2, wherein the is 5 to 80% by mass.
Section 4. Item 4. The biomass resin composition according to Item 2 or 3, wherein the fibers having a diameter of less than 1 μm are independently dispersed in the biomass resin.
Item 5. 5. The biomass resin composition according to any one of Items 1 to 4, wherein the content of the biomass filler is 5 to 80% by mass based on the total amount of the biomass resin composition being 100% by mass.
Item 6. The biomass resin is at least one selected from the group consisting of polylactic acid, polyglycolic acid, polyhydroxybutyrate, polybutylene succinate, polyethylene succinate, polyamide 4, polyamide 11, polyethylene, polypropylene and copolymers thereof. 6. The biomass resin composition according to any one of items 1 to 5, which is a biomass resin of
Item 7. 7. The biomass resin composition according to any one of Items 1 to 6, wherein the biomass filler is at least one biomass filler selected from the group consisting of flax, manila hemp, jute, ramie, sisal hemp and cotton.
Item 8. A method for producing a biomass resin composition according to any one of Items 1 to 7,
A manufacturing method comprising a kneading step of kneading the biomass filler and the biomass resin.
Item 9. Item 9. The production method according to Item 8, wherein the biomass filler is a biomass filler subjected to fibrillation treatment.
Item 10. Item 10. The production method according to Item 9, wherein the fibrillation treatment is performed once or twice.
Item 11. Item 11. The production method according to any one of Items 8 to 10, wherein the kneading is performed in a state in which an organic solvent is added.
Item 12. Item 12. The production method according to Item 11, wherein the organic solvent has at least one group selected from the group consisting of an oxyalkylene group, a ketone group, an ester group and a sulfinyl group.
Item 13. 13. The production method according to Item 11 or 12, wherein the organic solvent has at least one group selected from the group consisting of an oxyethylene group, an oxypropylene group, a cyclic ketone group, a cyclic ester group and a dialkylsulfoxide group.
Item 14. Item 14. The production method according to any one of Items 11 to 13, wherein the organic solvent does not have a hydroxyl group.
Item 15. Item 15. The production method according to any one of Items 11 to 14, wherein the organic solvent has a boiling point of 50 to 250°C.
Item 16. Item 11-, wherein the organic solvent is at least one selected from the group consisting of diethylene glycol dialkyl ether compounds, dipropylene glycol dialkyl ether compounds, aliphatic cyclic ketone compounds, alkyl acetate compounds, alkyl propionate compounds, and alkyl butyrate compounds. 16. The production method according to any one of 15.
Item 17. The organic solvent is diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, cyclohexanone, cyclopentanone, butyl acetate, pentyl acetate, isopentyl acetate, butyl butyrate, pentyl butyrate, isopentyl butyrate, dimethylsulfoxide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidinone and dimethylsulfoxide. The production method according to any one of claims 11 to 16, which is at least one selected from the group consisting of:

本発明によれば、非バイオマスのフィラーを添加せずとも高強度な(引張強度、引張弾性率及び引張伸びが大きい)バイオマス樹脂組成物を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a high-strength biomass resin composition (high tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) without adding a non-biomass filler.

実施例1で得られたバイオマス樹脂組成物の光学顕微鏡像である。1 is an optical microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られたバイオマス樹脂組成物の偏光顕微鏡像である。1 is a polarizing microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られたバイオマス樹脂組成物の光学顕微鏡像である。2 is an optical microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 2. FIG. 実施例2で得られたバイオマス樹脂組成物の偏光顕微鏡像である。2 is a polarizing microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 2. FIG. 実施例3で得られたバイオマス樹脂組成物の光学顕微鏡像である。4 is an optical microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 3. FIG. 実施例3で得られたバイオマス樹脂組成物の偏光顕微鏡像である。4 is a polarizing microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 3. FIG. 実施例4で得られたバイオマス樹脂組成物の光学顕微鏡像である。4 is an optical microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 4. FIG. 実施例4で得られたバイオマス樹脂組成物の偏光顕微鏡像である。4 is a polarizing microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 4. FIG. 実施例5で得られたバイオマス樹脂組成物の光学顕微鏡像である。4 is an optical microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 5. FIG. 実施例5で得られたバイオマス樹脂組成物の偏光顕微鏡像である。4 is a polarizing microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 5. FIG. 実施例6で得られたバイオマス樹脂組成物の光学顕微鏡像である。4 is an optical microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 6. FIG. 実施例6で得られたバイオマス樹脂組成物の偏光顕微鏡像である。4 is a polarizing microscope image of the biomass resin composition obtained in Example 6. FIG.

本明細書において、「含有」は、「含む(comprise)」、「実質的にのみからなる(consist essentially of)」、及び「のみからなる(consist of)」のいずれも包含する概念である。本明細書において、数値範囲をA~Bで表記する場合、A以上B以下を示す。 As used herein, "contain" is a concept that includes both "comprise," "consist essentially of," and "consist of." In this specification, when a numerical range is represented by A to B, it means A or more and B or less.

本発明のバイオマス樹脂組成物は、バイオマスフィラー及びバイオマス樹脂を含有し、前記バイオマスフィラーのセルロース含有率が60~85質量%であり、且つ、バイオマス比率が99質量%以上である。 The biomass resin composition of the present invention contains a biomass filler and a biomass resin, and the biomass filler has a cellulose content of 60 to 85% by mass and a biomass ratio of 99% by mass or more.

1.バイオマスフィラー
本発明で使用するバイオマスフィラーは、バイオマス由来で樹脂の強度及び耐熱性を向上させるために添加するものであり、高強度で高弾性のセルロース成分を含む。
1. Biomass Filler The biomass filler used in the present invention is derived from biomass and added to improve the strength and heat resistance of the resin, and contains a high-strength and high-elasticity cellulose component.

バイオマスフィラーのセルロース含有率は、バイオマスフィラーの総量を100質量%として、60質量%以上、好ましくは70質量%以上である。バイオマスフィラーのセルロース含有率が60質量%未満では、高強度な(引張強度、引張弾性率及び引張伸びが大きい)バイオマス樹脂組成物が得られない。一方、セルロース含有率が大きいほど高強度な(引張強度、引張弾性率及び引張伸びが大きい)バイオマス樹脂組成物が得られる傾向にあるが、セルロース含有率が85質量%より大きいセルロース繊維の場合はバイオマス樹脂と混練するとバイオマス樹脂単独と比較して強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)が低下してしまう。このような観点から、バイオマスフィラーのセルロース含有率は、85質量%以下、好ましくは80質量%以下である。 The cellulose content of the biomass filler is 60% by mass or more, preferably 70% by mass or more, when the total amount of the biomass filler is 100% by mass. If the cellulose content of the biomass filler is less than 60% by mass, a biomass resin composition with high strength (high tensile strength, tensile elastic modulus and tensile elongation) cannot be obtained. On the other hand, the higher the cellulose content, the higher the strength of the biomass resin composition (higher tensile strength, tensile modulus and tensile elongation). When kneaded with biomass resin, the strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) decreases compared to biomass resin alone. From this point of view, the cellulose content of the biomass filler is 85% by mass or less, preferably 80% by mass or less.

なお、通常の広葉樹、針葉樹、バガス、竹、藁等の茎にはセルロースは35~50質量%含まれており、残りの主成分はヘミセルロース、リグニン等である。特にヘミセルロースが柔軟であり、ヘミセルロースの含有量が多いと強度を損なってしまう。一方、ヘミセルロース、リグニン等を除去するためにアルカリ、酸、塩素化合物、高温水等を用いた処理を行った場合にはセルロースの重合度、結晶性等を損なう虞がある。このため、本発明では、未処理のバイオマスフィラーが上記したセルロース含有率を有することが好ましい。このようなセルロース含有率を有するバイオマスフィラーとしては、例えば、亜麻、マニラ麻、ジュート、ラミー、サイザル麻、綿等が挙げられる。これらのバイオマスフィラーは、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。 The stalks of ordinary broadleaf trees, conifers, bagasse, bamboo, straw, etc. contain 35 to 50% by mass of cellulose, and the remaining main components are hemicellulose, lignin, and the like. In particular, hemicellulose is flexible, and if the content of hemicellulose is high, the strength is impaired. On the other hand, when treatment with alkali, acid, chlorine compounds, high-temperature water, etc. is performed to remove hemicellulose, lignin, etc., the degree of polymerization, crystallinity, etc. of cellulose may be impaired. Therefore, in the present invention, it is preferable that the untreated biomass filler has the above-described cellulose content. Examples of biomass fillers having such a cellulose content include flax, manila hemp, jute, ramie, sisal hemp, and cotton. These biomass fillers can be used alone or in combination of two or more.

バイオマスフィラーの長さは特に制限されず、より高強度な(引張強度、引張弾性率及び引張伸びが大きい)バイオマス樹脂組成物を得る観点からは、0.5~20mmが好ましく、1~15mmがより好ましい。 The length of the biomass filler is not particularly limited, and is preferably 0.5 to 20 mm, more preferably 1 to 15 mm, from the viewpoint of obtaining a biomass resin composition with higher strength (larger tensile strength, tensile modulus and tensile elongation). .

バイオマスフィラーは、より高強度な(引張強度、引張弾性率及び引張伸びが大きい)バイオマス樹脂組成物を得る観点からは、直径1μm未満の繊維を含むことが好ましい。なお、バイオマスフィラーは、通常直径10μm前後であり、常法で解繊処理を施すことにより、一部の繊維の直径を1μm未満とすることが可能である。ただし、強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)、分散性、繊維長、セルロースの重合度等の観点からは、バイオマスフィラーは完全に解繊されている必要はなく、要するに、直径1μm未満の繊維と、直径1μm以上の繊維の双方を含んでいることが好ましい。また、強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)、分散性、繊維長、セルロースの重合度等の観点からは、直径1μm未満の繊維は独立して前記バイオマス樹脂中に分散していることが好ましい。例えば、本発明のバイオマス樹脂組成物を製造する際に、バイオマスフィラーとバイオマス樹脂とを後述の溶融混練を行うことで、直径1μm未満の繊維が独立して前記バイオマス樹脂中に分散した本発明のバイオマス樹脂組成物を得ることができる。直径1μm以下の繊維を作製するための解繊処理は、機械的処理及び化学的処理のいずれでもよく、高圧ホモジナイザー法、水中対抗衝突法、グラインダー法、ボールミル法、二軸混練法等の機械的解繊処理でもよく、TEMPO触媒、リン酸、二塩基酸、硫酸、塩酸等を用いた化学的解繊処理でもよい。なかでも、解繊処理による強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)補強効果とコストの観点から、機械的解繊処理によりせん断を加える方法が好ましい。このような解繊処理は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。また、このような解繊処理は、1回のみ用いることもできるし、複数回(例えば2~10回)繰り返すこともできる。なかでも、解繊処理による強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)補強効果と作業効率の観点から解繊処理を1~2回行うことが好ましい。 The biomass filler preferably contains fibers with a diameter of less than 1 μm from the viewpoint of obtaining a biomass resin composition with higher strength (higher tensile strength, tensile modulus and tensile elongation). The biomass filler usually has a diameter of around 10 μm, and it is possible to reduce the diameter of some of the fibers to less than 1 μm by subjecting it to fibrillation treatment by a conventional method. However, from the viewpoint of strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation), dispersibility, fiber length, degree of cellulose polymerization, etc., the biomass filler does not need to be completely defibrated. and fibers with a diameter of 1 μm or more. In addition, from the viewpoint of strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation), dispersibility, fiber length, degree of polymerization of cellulose, etc., fibers with a diameter of less than 1 μm should be independently dispersed in the biomass resin. is preferred. For example, when producing the biomass resin composition of the present invention, the biomass filler and the biomass resin are melt-kneaded as described below, whereby fibers having a diameter of less than 1 μm are independently dispersed in the biomass resin of the present invention. A biomass resin composition can be obtained. The fibrillation treatment for producing fibers with a diameter of 1 μm or less may be either mechanical treatment or chemical treatment. A defibration treatment may be used, or a chemical defibration treatment using a TEMPO catalyst, phosphoric acid, dibasic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or the like may be used. Among them, the method of adding shear by mechanical fibrillation treatment is preferable from the viewpoint of strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) reinforcement effect and cost by fibrillation treatment. Such fibrillation treatment can be used alone or in combination of two or more. In addition, such defibration treatment can be used only once, or can be repeated multiple times (for example, 2 to 10 times). Above all, it is preferable to perform the defibration treatment once or twice from the viewpoint of the strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) reinforcement effect and work efficiency due to the defibration treatment.

なお、バイオマスフィラーの長さが5mm未満の場合は、解繊処理を1回以上施すことにより強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)をさらに向上させることができ、なかでも、解繊処理を1~2回以上施すことが好ましい。また、バイオマスフィラーの長さが5mm以上の場合は、解繊処理を1~2回施すことにより強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)をさらに向上させることができる。 If the length of the biomass filler is less than 5 mm, the strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) can be further improved by performing the defibration treatment one or more times. is preferably applied 1 to 2 times or more. In addition, when the length of the biomass filler is 5 mm or more, the strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) can be further improved by performing fibrillation treatment once or twice.

バイオマスフィラーが直径1μm未満の繊維を含む場合、その含有量は、より高強度な(引張強度、引張弾性率及び引張伸びが大きい)バイオマス樹脂組成物を得る観点からは、直径1μm未満の繊維と直径1μm以上の繊維の総量を100質量%として、バイオマスフィラーの長さが5mm未満の場合は5~80質量%(特に30~70質量%)が好ましく、バイオマスフィラーの長さが5mm以上の場合は30~70質量%が好ましい。 When the biomass filler contains fibers with a diameter of less than 1 μm, the content thereof is equal to that of fibers with a diameter of less than 1 μm from the viewpoint of obtaining a biomass resin composition with higher strength (higher tensile strength, tensile modulus and tensile elongation). Taking the total amount of fibers with a diameter of 1 μm or more as 100% by mass, it is preferably 5 to 80% by mass (especially 30 to 70% by mass) when the length of the biomass filler is less than 5 mm, and when the length of the biomass filler is 5 mm or more. is preferably 30 to 70% by mass.

2.バイオマス樹脂
バイオマス樹脂は、バイオマス由来の樹脂であれば使用することができ、例えば、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリアミド4、ポリアミド11、ポリエチレン、ポリプロピレン、これらの共重合体等が挙げられる。酢酸セルロースのようにバイオマス材料を主成分に化学的変性を加えた樹脂であってもよい。これらのバイオマス樹脂は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。なお、生分解又はバイオガス生成の観点では生分解性を有することが好ましく、長期的な耐久性の観点では生分解性を有さないことが好ましい。
2. Biomass resin Biomass resin can be used as long as it is a biomass-derived resin, such as polylactic acid, polyglycolic acid, polyhydroxybutyrate, polybutylene succinate, polyethylene succinate, polyamide 4, polyamide 11, polyethylene, polypropylene, copolymers thereof, and the like. The resin may be a chemically modified resin containing a biomass material as a main component, such as cellulose acetate. These biomass resins can be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of biodegradation or biogas generation, it is preferable to have biodegradability, and from the viewpoint of long-term durability, it is preferable to have no biodegradability.

3.バイオマス樹脂組成物
本発明のバイオマス樹脂組成物は、より高強度な(引張強度、引張弾性率及び引張伸びが大きい)バイオマス樹脂組成物を得つつ流動性をより損なわない観点から、バイオマスフィラーの含有量は、バイオマス樹脂組成物総量を100質量%として、5~80質量%が好ましく、8~50質量%がより好ましい。また、バイオマス樹脂の含有量は、バイオマス樹脂組成物総量を100質量%として、20~95質量%が好ましく、50~92質量%がより好ましい。
3. Biomass resin composition The biomass resin composition of the present invention contains a biomass filler from the viewpoint of obtaining a biomass resin composition with higher strength (larger tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) without impairing fluidity. The amount is preferably 5 to 80% by mass, more preferably 8 to 50% by mass, based on 100% by mass of the total amount of the biomass resin composition. Moreover, the content of the biomass resin is preferably 20 to 95% by mass, more preferably 50 to 92% by mass, based on the total amount of the biomass resin composition being 100% by mass.

また、本発明のバイオマス樹脂組成物は、生分解性やバイオガス精製の観点から、バイオマス比率が99質量%以上、好ましくは99.5質量%以上、最も好ましくは100質量%である。 Moreover, the biomass resin composition of the present invention has a biomass ratio of 99% by mass or more, preferably 99.5% by mass or more, and most preferably 100% by mass, from the viewpoint of biodegradability and biogas purification.

このような本発明のバイオマス樹脂組成物は、バイオマスフィラー及びバイオマス樹脂を混練する混練工程を備える製造方法により得ることができる。 Such a biomass resin composition of the present invention can be obtained by a production method comprising a kneading step of kneading a biomass filler and a biomass resin.

バイオマスフィラー及びバイオマス樹脂は上記したものを採用することができ、バイオマスフィラーについては、上記のように解繊処理を施したものを使用することもできる。好ましい条件についても同様である。 The above-described biomass filler and biomass resin can be employed, and the biomass filler subjected to fibrillation treatment as described above can also be used. The same applies to preferable conditions.

混練方法は特に制限されず、乾式混練であってもよく、溶融混練(例えば有機溶媒中で行う溶融混練)であってもよい。特に、生産性、分散性及び強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)の観点から溶融混練が好ましい。なお、バイオマスフィラーの長さが5mm未満の場合は、強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)の観点からは、解繊処理を1回以上施されたバイオマスフィラーを用いて乾式混練又は溶融混練を施すことが好ましく、解繊処理を1~2回施されたバイオマスフィラーを用いて溶融混練を施すことがより好ましい。また、バイオマスフィラーの長さが5mm以上の場合は、強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)の観点からは、解繊処理を1~2回施されたバイオマスフィラーを用いて溶融混練を施すことが好ましい。 The kneading method is not particularly limited, and may be dry kneading or melt kneading (for example, melt kneading in an organic solvent). In particular, melt-kneading is preferred from the viewpoint of productivity, dispersibility and strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation). If the length of the biomass filler is less than 5 mm, from the viewpoint of strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation), the biomass filler that has undergone fibrillation treatment once or more is used for dry kneading or melting. It is preferable to perform kneading, and it is more preferable to perform melt-kneading using a biomass filler that has been defibrated once or twice. In addition, if the length of the biomass filler is 5 mm or more, from the viewpoint of strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation), melt kneading using biomass filler that has undergone fibrillation treatment once or twice. preferably applied.

溶融混練を採用する場合、使用する有機溶媒が混練時にバイオマスフィラーとバイオマス樹脂との親和性を高めた後、有機溶媒は除去されることが好ましい。この際の作業性に特に優れ、バイオマスフィラーが特に凝集しにくく、有機溶媒を特に除去しやすい観点から、有機溶媒の沸点は50~250℃が好ましく、70~230℃がより好ましい。 When melt-kneading is employed, the organic solvent is preferably removed after the organic solvent used enhances the affinity between the biomass filler and the biomass resin during kneading. The boiling point of the organic solvent is preferably 50 to 250°C, more preferably 70 to 230°C, from the viewpoints of particularly excellent workability in this case, the biomass filler being particularly difficult to aggregate, and the organic solvent being particularly easy to remove.

なお、使用するバイオマス樹脂が加水分解性又はアルコリシスを起こすポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等を使用する場合は、バイオマス樹脂との間で不要な反応を引き起こさないために、有機溶媒は水酸基を有さないことが好ましい。 In addition, when using polyester resin, polyamide resin, etc. that cause hydrolysis or alcoholysis as biomass resin, the organic solvent must not have a hydroxyl group in order to prevent unnecessary reactions with the biomass resin. is preferred.

また、使用する有機溶媒はバイオマスフィラーと親和性が高いことが好ましい。バイオマスフィラーのセルロースとの親和性の観点から、有機溶媒はオキシアルキレン基、ケトン基、エステル基、スルフィニル基等の少なくとも1種を有することが好ましい。また、混練時に有機溶媒が原料同士の親和性を高めるという観点で、使用する有機溶媒がセルロースが大きく劣化しない程度の高温領域(例えば60~240℃)でバイオマス樹脂を溶解できることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the organic solvent to be used has high affinity with the biomass filler. From the viewpoint of the affinity of the biomass filler with cellulose, the organic solvent preferably contains at least one of an oxyalkylene group, a ketone group, an ester group, a sulfinyl group, and the like. In addition, from the viewpoint that the organic solvent increases the affinity between the raw materials during kneading, it is preferable that the organic solvent used can dissolve the biomass resin at a high temperature range (for example, 60 to 240 ° C.) that does not significantly deteriorate the cellulose.

このような条件を満たす有機溶媒としては、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、環状ケトン基、環状エステル基、ジアルキルスルホキシド基等の少なくとも1種を含むことが好ましく、ジエチレングリコールジアルキルエーテル化合物、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル化合物、脂肪族環状ケトン化合物、酢酸アルキル化合物、プロピオン酸アルキ化合物及び酪酸アルキル化合物等が好適である。ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、酪酸ブチル、酪酸ペンチル、酪酸イソペンチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド等が特に好ましい。これらの有機溶媒は、単独で使用することもでき、2種以上を組合せて使用することもできる。ただし、有機溶媒はこれらに限定する必要はなく、使用するバイオマスフィラー及びバイオマス樹脂との親和性の観点で選択することが好ましい。 The organic solvent that satisfies these conditions preferably contains at least one of oxyethylene group, oxypropylene group, cyclic ketone group, cyclic ester group, dialkylsulfoxide group, etc. Diethylene glycol dialkyl ether compound, dipropylene glycol dialkyl. Ether compounds, aliphatic cyclic ketone compounds, alkyl acetate compounds, alkyl propionate compounds, alkyl butyrate compounds, and the like are suitable. Diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, cyclohexanone, cyclopentanone, butyl acetate, pentyl acetate, isopentyl acetate, butyl butyrate, pentyl butyrate, isopentyl butyrate, dimethylsulfoxide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidinone, dimethylsulfoxide and the like are particularly preferred. These organic solvents can be used alone or in combination of two or more. However, the organic solvent is not necessarily limited to these, and is preferably selected from the viewpoint of affinity with the biomass filler and biomass resin to be used.

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらのみに限定されるものではない。 The present invention will be specifically described based on Examples, but the present invention is not limited to these.

以下、実施例及び比較例において、バイオマスフィラー及びバイオマス樹脂の混合は溶融混練によって行った。具体的には、80℃で24時間乾燥させたバイオマス樹脂と、所定のバイオマスフィラーとを、二軸押出機((株)テクノベル製;スクリュー径15mmφ、スクリュープロセス長L/D= 30)を用いて溶融混練し、コンパウンドを得た。得られたコンパウンドは80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機((株)新興セルビック製;C, MOBILE-0813)を用いて、長さ75mm×平行部幅5mm×平行部長さ35mm×厚さ2mmのダンベル試験片に成形した。その試験片を、万能材料試験機(Instron 5567)を用いて雰囲気温度23℃、引張速度10mm/min、n= 5で引張試験を行い、引張強度、引張弾性率及び引張伸びを算出した。 In the following examples and comparative examples, the biomass filler and the biomass resin were mixed by melt-kneading. Specifically, a biomass resin dried at 80 ° C. for 24 hours and a predetermined biomass filler are extruded using a twin-screw extruder (manufactured by Technobell Co., Ltd.; screw diameter 15 mmφ, screw process length L / D = 30). The mixture was melt-kneaded to obtain a compound. The resulting compound was dried at 80°C for 24 hours, and then molded into a length of 75 mm, parallel width of 5 mm, and parallel length of 35 mm using an injection molding machine (C, MOBILE-0813, manufactured by Shinko Cellbic Co., Ltd.). It was molded into a dumbbell specimen with a thickness of ×2 mm. The test piece was subjected to a tensile test using a universal material testing machine (Instron 5567) at an ambient temperature of 23° C., a tensile speed of 10 mm/min, n=5, and the tensile strength, tensile modulus and tensile elongation were calculated.

[実施例1:PLA+サイザル麻10mm, 解繊なし, DRY]
10mm長さに裁断されたサイザル麻20gと、ポリ乳酸(ユニチカ(株)製テラマックTE-2000)180gとを220℃で混練し、150gのバイオマス比率100質量%の樹脂組成物を得た。このバイオマス樹脂組成物の引張強度は73.1MPa、引張弾性率は1425MPa、引張伸びは6.7%であった。
[Example 1: PLA + sisal 10 mm, no fibrillation, DRY]
20 g of sisal hemp cut to a length of 10 mm and 180 g of polylactic acid (TERRAMAC TE-2000 manufactured by Unitika Ltd.) were kneaded at 220° C. to obtain 150 g of a resin composition having a biomass ratio of 100% by mass. This biomass resin composition had a tensile strength of 73.1 MPa, a tensile modulus of 1425 MPa, and a tensile elongation of 6.7 % .

得られたバイオマス樹脂組成物をプレスし、光学顕微鏡観察を行ったところ、繊維が細かく分散していた。結果を図1に示す。また、偏光顕微鏡観察を行ったところ、サイザル麻の繊維が全て約10μmの太さに開裂していた。結果を図2に示す。 When the obtained biomass resin composition was pressed and observed with an optical microscope, the fibers were finely dispersed. The results are shown in FIG. Further, when observed with a polarizing microscope, all the sisal fibers were cleaved to a thickness of about 10 μm. The results are shown in FIG.

[実施例2:PLA+サイザル麻10mm, 解繊1PASS, WET]
グラインダー法で1回解繊され、水に湿潤した10mmサイザル麻20g(乾燥重量)にジエチレングリコールジメチルエーテル1000gを加え、80℃で減圧することにより、ジエチレングリコールジメチルエーテルに湿潤したサイザル麻を得た。この湿潤したサイザル麻と、ポリ乳酸(ユニチカ(株)製テラマックTE-2000)180gを220℃で混練し、150gのバイオマス比率100質量%の樹脂組成物を得た。このバイオマス樹脂組成物の引張強度は77.2MPa、引張弾性率は1440MPa、引張伸びは7.1%であった。このように、実施例1と比較して、強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)が向上していた。
[Example 2: PLA + sisal hemp 10 mm, fibrillation 1 PASS, WET]
1000 g of diethylene glycol dimethyl ether was added to 20 g (dry weight) of 10 mm sisal hemp that had been fibrillated once by a grinder method and was moistened with water, and the pressure was reduced at 80° C. to obtain sisal hemp moistened with diethylene glycol dimethyl ether. This wet sisal hemp and 180 g of polylactic acid (TERRAMAC TE-2000 manufactured by Unitika Ltd.) were kneaded at 220° C. to obtain 150 g of a resin composition having a biomass ratio of 100 mass %. This biomass resin composition had a tensile strength of 77.2 MPa, a tensile modulus of 1440 MPa, and a tensile elongation of 7.1 % . Thus, compared with Example 1, the strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) was improved.

得られたバイオマス樹脂組成物をプレスし、光学顕微鏡観察を行ったところ、細い繊維が単独で均一に分散しており、凝集は見られなかった。結果を図3に示す。また、偏光顕微鏡観察を行ったところ、サイザル麻の繊維は、約10μmの太さの繊維(約30質量%)と1μm以下の繊維(約70質量%)とが混在しており、且つ、細い繊維が多く見られた。結果を図4に示す。 When the obtained biomass resin composition was pressed and observed with an optical microscope, fine fibers were uniformly dispersed singly and no aggregation was observed. The results are shown in FIG. In addition, when observed with a polarizing microscope, sisal fibers are a mixture of fibers with a thickness of about 10 μm (about 30% by mass) and fibers with a thickness of 1 μm or less (about 70% by mass). Many fibers were found. The results are shown in FIG.

[実施例3:PLA+サイザル麻2mm, 解繊なし, DRY]
2mm長さに裁断されたサイザル麻20gと、ポリ乳酸(ユニチカ(株)製テラマックTE-2000)180gとを220℃で混練し、150gのバイオマス比率100質量%の樹脂組成物を得た。このバイオマス樹脂組成物の引張強度は68.8MPa、引張弾性率は1404MPa、引張伸びは5.7%であった。
[Example 3: PLA + 2 mm sisal hemp, no fibrillation, DRY]
20 g of sisal hemp cut to a length of 2 mm and 180 g of polylactic acid (TERRAMAC TE-2000 manufactured by Unitika Ltd.) were kneaded at 220° C. to obtain 150 g of a resin composition having a biomass ratio of 100% by mass. This biomass resin composition had a tensile strength of 68.8 MPa, a tensile modulus of 1404 MPa, and a tensile elongation of 5.7 % .

得られたバイオマス樹脂組成物をプレスし、光学顕微鏡観察を行ったところ、繊維が細かく分散していた。結果を図5に示す。また、偏光顕微鏡観察を行ったところ、サイザル麻の繊維が全て約10μmの太さに開裂していた。結果を図6に示す。 When the obtained biomass resin composition was pressed and observed with an optical microscope, the fibers were finely dispersed. The results are shown in FIG. Further, when observed with a polarizing microscope, all the sisal fibers were cleaved to a thickness of about 10 μm. The results are shown in FIG.

[実施例4:PLA+サイザル麻2mm, 解繊1PASS, DRY]
グラインダー法で1回解繊され、130℃で24時間乾燥した2mmサイザル麻20gと、ポリ乳酸(ユニチカ(株)製テラマックTE-2000)180gとを220℃で混練し、150gのバイオマス比率100質量%の樹脂組成物を得た。このバイオマス樹脂組成物の引張強度は70.6MPa、引張弾性率は1433MPa、引張伸びは6.2%であった。
[Example 4: PLA + sisal hemp 2 mm, fibrillation 1 PASS, DRY]
20g of 2mm sisal hemp that had been fibrillated once by the grinder method and dried at 130°C for 24 hours, and 180g of polylactic acid (TERRAMAC TE-2000 manufactured by Unitika Ltd.) were kneaded at 220°C to obtain 150g of biomass ratio of 100 mass. % resin composition was obtained. This biomass resin composition had a tensile strength of 70.6 MPa, a tensile modulus of 1433 MPa, and a tensile elongation of 6.2 % .

得られたバイオマス樹脂組成物をプレスし、光学顕微鏡観察を行ったところ実施例3より細い繊維が均一に分散している部分と凝集している部分とが見られた。結果を図7に示す。また、偏光顕微鏡観察を行ったところ、サイザル麻の繊維は、約10μmの太さの繊維(約80質量%)と1μm以下の繊維(約20質量%)とが混在していた。結果を図8に示す。 When the obtained biomass resin composition was pressed and observed with an optical microscope, it was found that finer fibers than in Example 3 were uniformly dispersed in some areas and aggregated in some areas. The results are shown in FIG. Further, when observed with a polarizing microscope, the sisal fibers were found to be a mixture of fibers with a thickness of about 10 μm (about 80% by mass) and fibers with a thickness of 1 μm or less (about 20% by mass). The results are shown in FIG.

[実施例5:PLA+サイザル麻2mm, 解繊1PASS, WET]
グラインダー法で1回解繊され、水に湿潤した2mmサイザル麻20g(乾燥重量)にジエチレングリコールジメチルエーテル1000gを加え、80℃で減圧することにより、ジエチレングリコールジメチルエーテルに湿潤したサイザル麻を得た。この湿潤したサイザル麻と、ポリ乳酸(ユニチカ(株)製テラマックTE-2000)180gを220℃で混練し、150gのバイオマス比率100質量%の樹脂組成物を得た。このバイオマス樹脂組成物の引張強度は75.5MPa、引張弾性率は1418MPa、引張伸びは6.3%であった。このように、実施例3及び4と比較して、強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)がさらに向上していた。
[Example 5: PLA + sisal hemp 2 mm, fibrillation 1 PASS, WET]
1000 g of diethylene glycol dimethyl ether was added to 20 g (dry weight) of 2 mm sisal hemp that had been fibrillated once by a grinder method and was moistened with water, and the pressure was reduced at 80° C. to obtain sisal hemp moistened with diethylene glycol dimethyl ether. This wet sisal hemp and 180 g of polylactic acid (TERRAMAC TE-2000 manufactured by Unitika Ltd.) were kneaded at 220° C. to obtain 150 g of a resin composition having a biomass ratio of 100 mass %. This biomass resin composition had a tensile strength of 75.5 MPa, a tensile modulus of 1418 MPa, and a tensile elongation of 6.3 % . Thus, compared with Examples 3 and 4, the strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) was further improved.

得られたバイオマス樹脂組成物をプレスし、光学顕微鏡観察を行ったところ、細い繊維が単独で実施例4より均一に分散しており、凝集は見られなかった。結果を図9に示す。また、偏光顕微鏡観察を行ったところ、サイザル麻の繊維は、約10μmの太さの繊維(約50質量%)と1μm以下の繊維(約50質量%)とが混在しており、且つ、細い繊維が多く見られた。結果を図10に示す。 When the obtained biomass resin composition was pressed and observed with an optical microscope, fine fibers were dispersed more uniformly than in Example 4, and aggregation was not observed. The results are shown in FIG. In addition, when observing with a polarizing microscope, sisal fibers are a mixture of fibers with a thickness of about 10 μm (about 50% by mass) and fibers with a thickness of 1 μm or less (about 50% by mass). Many fibers were found. The results are shown in FIG.

[実施例6:PLA+サイザル麻2mm, 解繊3PASS, WET]
グラインダー法で3回解繊され、水に湿潤した2mmサイザル麻20g(乾燥重量)にジエチレングリコールジメチルエーテル1000gを加え、80℃で減圧することにより、ジエチレングリコールジメチルエーテルに湿潤したサイザル麻を得た。この湿潤したサイザル麻と、ポリ乳酸(ユニチカ(株)製テラマックTE-2000)180gを220℃で混練し、150gのバイオマス比率100質量%の樹脂組成物を得た。このバイオマス樹脂組成物の引張強度は72.2MPa、引張弾性率は1394MPa、引張伸びは7.0%であった。
[Example 6: PLA + sisal hemp 2mm, fibrillation 3PASS, WET]
1000 g of diethylene glycol dimethyl ether was added to 20 g (dry weight) of 2 mm sisal hemp that had been fibrillated three times by a grinder method and was moistened with water, and the pressure was reduced at 80° C. to obtain sisal hemp wetted with diethylene glycol dimethyl ether. This wet sisal hemp and 180 g of polylactic acid (TERRAMAC TE-2000 manufactured by Unitika Ltd.) were kneaded at 220° C. to obtain 150 g of a resin composition having a biomass ratio of 100 mass %. This biomass resin composition had a tensile strength of 72.2 MPa, a tensile modulus of 1394 MPa, and a tensile elongation of 7.0 % .

得られたバイオマス樹脂組成物をプレスし、光学顕微鏡観察を行ったところ、細い繊維が実施例4及び5より均一に分散していた。結果を図11に示す。また、偏光顕微鏡観察を行ったところ、サイザル麻の繊維は、約10μmの太さの繊維(約15質量%)と1μm以下の繊維(約85質量%)とが混在しており、且つ、実施例5より細い繊維が多く見られたが、繊維長は実施例5より短かった。結果を図12に示す。 When the obtained biomass resin composition was pressed and observed with an optical microscope, fine fibers were more uniformly dispersed than in Examples 4 and 5. The results are shown in FIG. In addition, when observing with a polarizing microscope, the sisal fibers were mixed with fibers with a thickness of about 10 μm (about 15% by mass) and fibers with a thickness of 1 μm or less (about 85% by mass). Although many finer fibers than in Example 5 were observed, the fiber length was shorter than in Example 5. The results are shown in FIG.

[比較例1:PLA]
ポリ乳酸(ユニチカ(株)製テラマックTE-2000)を二軸押出機を用いて溶融混練したものを80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機を用いてダンベル試験片に成形した。その試験片の引張強度、引張弾性率及び引張伸びを測定したところ、引張強度は60.9MPa、引張弾性率は1198MPa、引張伸びは5.7%であった。
[Comparative Example 1: PLA]
Polylactic acid (TERRAMAC TE-2000 manufactured by Unitika Ltd.) was melt-kneaded using a twin-screw extruder, dried at 80°C for 24 hours, and molded into a dumbbell test piece using an injection molding machine. When the tensile strength, tensile modulus and tensile elongation of the test piece were measured, the tensile strength was 60.9 MPa, the tensile modulus was 1198 MPa and the tensile elongation was 5.7 % .

[比較例2:PLA+セルロース繊維, 解繊なし, DRY]
セルロース繊維(日本製紙(株)製W-50GK)20gと、ポリ乳酸(ユニチカ(株)製テラマックTE-2000)180gとを220℃で混練し、150gのバイオマス比率100質量%の樹脂組成物を得た。このバイオマス樹脂組成物の引張強度は58.8MPa、引張弾性率は1265MPa、引張伸びは5.2%であり、ポリ乳酸単独よりも強度が低下してしまった。
[Comparative Example 2: PLA + cellulose fiber, no fibrillation, DRY]
20 g of cellulose fiber (W-50GK manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) and 180 g of polylactic acid (TERRAMAC TE-2000 manufactured by Unitika Ltd.) were kneaded at 220°C to prepare 150 g of a resin composition with a biomass ratio of 100% by mass. Obtained. This biomass resin composition had a tensile strength of 58.8 MPa, a tensile modulus of 1265 MPa, and a tensile elongation of 5.2 % , which were lower than those of polylactic acid alone.

[比較例3:PLA+セルロース繊維, 解繊1PASS, WET]
グラインダー法で1回解繊され、水に湿潤した10mmセルロース繊維(日本製紙(株)製W-50GK)20g(乾燥重量)にジエチレングリコールジメチルエーテル1000gを加え、80℃で減圧することにより、ジエチレングリコールジメチルエーテルに湿潤したセルロース繊維を得た。この湿潤したセルロース繊維と、ポリ乳酸(ユニチカ(株)製テラマックTE-2000)180gを220℃で混練し、150gのバイオマス比率100質量%の樹脂組成物を得た。このバイオマス樹脂組成物の引張強度は57.3MPa、引張弾性率は1268MPa、引張伸びは6.4%であった。このように、比較例1及び2と比較して、強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)がさらに低下してしまっていた。
[Comparative Example 3: PLA + cellulose fiber, fibrillation 1PASS, WET]
1000 g of diethylene glycol dimethyl ether is added to 20 g (dry weight) of 10 mm cellulose fiber (W-50GK manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) that has been fibrillated once by the grinder method and moistened with water. A wet cellulose fiber was obtained. This wet cellulose fiber and 180 g of polylactic acid (TERRAMAC TE-2000 manufactured by Unitika Ltd.) were kneaded at 220° C. to obtain 150 g of a resin composition having a biomass ratio of 100% by mass. This biomass resin composition had a tensile strength of 57.3 MPa, a tensile modulus of 1268 MPa, and a tensile elongation of 6.4 % . Thus, compared with Comparative Examples 1 and 2, the strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) was further reduced.

比較例2~3のセルロース繊維(セルロース含有率が85質量%より多い)の場合は、ポリ乳酸と混合することで、ポリ乳酸単独と比較しても強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)が低下してしまい、セルロース繊維を解繊するとさらに強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)が低下してしまった。それと比較し、セルロース含有率が60~85質量%であるサイザル麻を使用した場合は、ポリ乳酸単独と比較すると強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)が向上し、しかも、サイザル麻を解繊するとさらに強度(引張強度、引張弾性率及び引張伸び)が向上した。この結果はセルロース繊維を使用した場合とは相反しており、予期できない効果である。 In the case of the cellulose fibers of Comparative Examples 2 and 3 (the cellulose content is more than 85% by mass), by mixing with polylactic acid, the strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation ) decreased, and when the cellulose fibers were defibrated, the strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) decreased further. In contrast, when sisal hemp with a cellulose content of 60 to 85% by mass is used, the strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation) is improved compared to polylactic acid alone, and sisal hemp is used. Defibering further improved the strength (tensile strength, tensile modulus and tensile elongation). This result is contrary to the case of using cellulose fibers and is an unexpected effect.

Claims (15)

バイオマスフィラー及びバイオマス樹脂を含有し、
前記バイオマスフィラーのセルロース含有率が60~85質量%であり、且つ、
バイオマス比率が99質量%以上であり、
前記バイオマスフィラーが、亜麻、マニラ麻、ジュート及びサイザル麻よりなる群から選ばれる少なくとも1種のバイオマスフィラーであり、
前記バイオマスフィラーが、直径1μm未満の繊維を含む、バイオマス樹脂組成物。
containing biomass filler and biomass resin,
The biomass filler has a cellulose content of 60 to 85% by mass, and
The biomass ratio is 99% by mass or more,
The biomass filler is at least one biomass filler selected from the group consisting of flax, Manila hemp, jute and sisal hemp,
A biomass resin composition, wherein the biomass filler contains fibers having a diameter of less than 1 μm.
前記バイオマスフィラーが、前記直径1μm未満の繊維と、直径1μm以上の繊維の双方を含み、前記直径1μm未満の繊維と直径1μm以上の繊維の総量を100質量%として、前記直径1μm未満の繊維の含有量が5~80質量%である、請求項1に記載のバイオマス樹脂組成物。 The biomass filler contains both fibers with a diameter of less than 1 μm and fibers with a diameter of 1 μm or more, and the total amount of the fibers with a diameter of less than 1 μm and the fibers with a diameter of 1 μm or more is 100% by mass. 2. The biomass resin composition according to claim 1, wherein the content is 5-80% by mass. 前記直径1μm未満の繊維が独立して前記バイオマス樹脂中に分散している、請求項1又は2に記載のバイオマス樹脂組成物。 3. The biomass resin composition according to claim 1 or 2, wherein said fibers having a diameter of less than 1 [mu]m are independently dispersed in said biomass resin. バイオマス樹脂組成物総量を100質量%として、前記バイオマスフィラーの含有量が5~80質量%である、請求項1~3のいずれか1項に記載のバイオマス樹脂組成物。 The biomass resin composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the biomass filler is 5 to 80% by mass based on the total amount of the biomass resin composition being 100% by mass. 前記バイオマス樹脂が、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリアミド4、ポリアミド11、ポリエチレン、ポリプロピレン及びこれらの共重合体よりなる群から選ばれる少なくとも1種のバイオマス樹脂である、請求項1~4のいずれか1項に記載のバイオマス樹脂組成物。 The biomass resin is at least one selected from the group consisting of polylactic acid, polyglycolic acid, polyhydroxybutyrate, polybutylene succinate, polyethylene succinate, polyamide 4, polyamide 11, polyethylene, polypropylene and copolymers thereof. The biomass resin composition according to any one of claims 1 to 4, which is a biomass resin of 請求項1~5のいずれか1項に記載のバイオマス樹脂組成物の製造方法であって、
前記バイオマスフィラー及び前記バイオマス樹脂を混練する混練工程
を備える、製造方法。
A method for producing a biomass resin composition according to any one of claims 1 to 5,
A manufacturing method comprising a kneading step of kneading the biomass filler and the biomass resin.
前記バイオマスフィラーが、解繊処理が施されたバイオマスフィラーである、請求項6に記載の製造方法。 7. The production method according to claim 6, wherein the biomass filler is a biomass filler subjected to fibrillation treatment. 前記解繊処理が1~2回施されている、請求項7に記載の製造方法。 The production method according to claim 7, wherein the fibrillation treatment is performed once or twice. 前記混練が有機溶媒中で行われる、請求項6~8のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 6 to 8, wherein said kneading is performed in an organic solvent. 前記有機溶媒が、オキシアルキレン基、ケトン基、エステル基及びスルフィニル基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する、請求項9に記載の製造方法。 10. The production method according to claim 9, wherein the organic solvent has at least one group selected from the group consisting of an oxyalkylene group, a ketone group, an ester group and a sulfinyl group. 前記有機溶媒が、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、環状ケトン基、環状エステル基及びジアルキルスルホキシド基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する、請求項9又は10に記載の製造方法。 11. The production method according to claim 9 or 10, wherein the organic solvent has at least one group selected from the group consisting of an oxyethylene group, an oxypropylene group, a cyclic ketone group, a cyclic ester group and a dialkylsulfoxide group. 前記有機溶媒が水酸基を有さない、請求項9~11のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 9 to 11, wherein the organic solvent does not have a hydroxyl group. 前記有機溶媒の沸点が50~250℃である、請求項9~12のいずれか1項に記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 9 to 12, wherein the organic solvent has a boiling point of 50 to 250°C. 前記有機溶媒が、ジエチレングリコールジアルキルエーテル化合物、ジプロピレングリコールジアルキルエーテル化合物、脂肪族環状ケトン化合物、酢酸アルキル化合物、プロピオン酸アルキ化合物及び酪酸アルキル化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項9又は10に記載の製造方法。 The organic solvent is at least one selected from the group consisting of diethylene glycol dialkyl ether compounds, dipropylene glycol dialkyl ether compounds, aliphatic cyclic ketone compounds, alkyl acetate compounds, alkyl propionate compounds, and alkyl butyrate compounds. 11. The production method according to 9 or 10 . 前記有機溶媒が、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、酢酸ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、酪酸ブチル、酪酸ペンチル、酪酸イソペンチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、及びN-メチルピロリジノンよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項9に記載の製造方法。
The organic solvent is diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, cyclohexanone, cyclopentanone, butyl acetate, pentyl acetate, isopentyl acetate, butyl butyrate, pentyl butyrate, isopentyl butyrate, dimethylsulfoxide, dimethylacetamide, and N- methylpyrrolidinone . 10. The production method according to claim 9, which is at least one selected from the group consisting of:
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