JP7237165B2 - Composite material - Google Patents

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Description

本発明は、ポリアセタール樹脂とセルロースナノファイバーとを含有する複合材料に関する。 The present invention relates to a composite material containing polyacetal resin and cellulose nanofibers.

従来、ポリアセタール樹脂は、優れた機械的強度を有し、安価であるため、各種製品の材料に使用されている。例えば、ポリアセタール樹脂は、優れた摺動性を有するため、歯車やジッパーなどの材料として用いられている。 BACKGROUND ART Conventionally, polyacetal resins have been used as materials for various products because they have excellent mechanical strength and are inexpensive. For example, polyacetal resin is used as a material for gears, zippers, etc., because it has excellent slidability.

また、近年では、ポリアセタール樹脂などの樹脂材料は、繊維と複合させることにより強度を向上させた繊維強化プラスチック(FRP)として用いられている。FRPに含まれる繊維材料としては、ガラスファイバー、カーボンファイバー又はセルロースナノファイバーなどが挙げられる。これらの中でも、セルロースナノファイバーは、軽量性に優れ、リサイクルの容易性や低環境負荷などの観点から好ましい繊維材料である。 Moreover, in recent years, resin materials such as polyacetal resin have been used as fiber-reinforced plastics (FRP) that are enhanced in strength by being combined with fibers. Fiber materials contained in FRP include glass fiber, carbon fiber, cellulose nanofiber, and the like. Among these, cellulose nanofiber is a preferred fiber material from the viewpoint of excellent lightness, ease of recycling, low environmental load, and the like.

セルロースナノファイバーを含有する複合材料が、期待される機能を発揮するためには、樹脂に対するセルロースナノファイバーの分散性が重要となる。しかしながら、セルロースが多くの水酸基を有していることによって、セルロースナノファイバーは高い親水性を有するため、通常、セルロースナノファイバーは疎水性が高い樹脂とは混ざりにくい。これを克服するために、セルロースの水酸基が有機基に修飾された修飾セルロースナノファイバーを樹脂に含有させた複合材料が提案されている。 In order for a composite material containing cellulose nanofibers to exhibit expected functions, dispersibility of cellulose nanofibers in resin is important. However, cellulose nanofibers have high hydrophilicity due to the presence of many hydroxyl groups in cellulose, and thus cellulose nanofibers are generally difficult to mix with highly hydrophobic resins. In order to overcome this problem, a composite material has been proposed in which a resin contains modified cellulose nanofibers in which the hydroxyl groups of cellulose are modified with organic groups.

このような複合材料として、特許文献1には、ポリアセタール樹脂とセルロースの水酸基の一部がアセチル化された修飾セルロースナノファイバーとを含有する複合材料が記載されている。アセチル化された修飾セルロースナノファイバーは、セルロースの水酸基の一部がアセチル化されているため、疎水性が向上している。これによって、アセチル化された修飾セルロースナノファイバーは、ポリアセタール樹脂との親和性が向上し、修飾されていないセルロースナノファイバーと比較して、ポリアセタール樹脂に対する良好な分散性を示し得る。 As such a composite material, Patent Literature 1 describes a composite material containing a polyacetal resin and modified cellulose nanofibers in which some of the hydroxyl groups of cellulose are acetylated. Hydrophobicity of the acetylated modified cellulose nanofibers is improved because some of the hydroxyl groups of cellulose are acetylated. As a result, the acetylated modified cellulose nanofibers have improved affinity with polyacetal resins, and can exhibit better dispersibility in polyacetal resins compared to unmodified cellulose nanofibers.

日本国特許第6091589号明細書Japanese Patent No. 6091589

しかしながら、特許文献1に記載された複合材料は、セルロースナノファイバーの添加による効果が十分に発揮されないという問題点を有している。特に、該複合材料は、各種製品に成形される際に求められる機能が十分ではないという問題点を有している。例えば、該複合材料は、寸法安定性が十分ではなく、成形時の収縮が大きくなり、それによって、成形に困難性を伴うという欠点を有している。 However, the composite material described in Patent Document 1 has a problem that the effect due to the addition of cellulose nanofibers is not sufficiently exhibited. In particular, the composite material has a problem that the functions required when it is molded into various products are insufficient. For example, the composite material suffers from insufficient dimensional stability and high shrinkage during molding, which entails difficulties in molding.

上記事情に鑑み、本発明は、従来技術と比較して、優れた機能を発揮し得る複合材料を提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a composite material capable of exhibiting superior functions as compared with the prior art.

一般的に、セルロースナノファイバーは、アセチル化などの化学修飾によって結晶化度が低下する。また、アモルファス部分は結晶性部分と比較して熱的に不安定であるため、結晶化度が低下したセルロースナノファイバーは、熱分解し易くなる。 In general, cellulose nanofibers are reduced in crystallinity by chemical modification such as acetylation. In addition, since the amorphous portion is thermally unstable compared to the crystalline portion, the cellulose nanofibers with reduced crystallinity are likely to be thermally decomposed.

これに対して、本発明者らは、セルロースナノファイバーの中でも綿由来のセルロースナノファイバーの結晶化度が比較的高いことを見出し、さらに、綿由来のセルロースナノファイバーは、化学修飾の前後において、結晶化度が低下しにくいことを見出し、本発明を完成させるに至った。 In contrast, the present inventors have found that among cellulose nanofibers, cotton-derived cellulose nanofibers have a relatively high degree of crystallinity. The inventors have found that the degree of crystallinity does not easily decrease, and have completed the present invention.

本発明に係る複合材料は、
ポリアセタール樹脂と、セルロースナノファイバーとを含有し、
前記セルロースナノファイバーは、セルロースの水酸基の一部がアシル化されており、
前記セルロースナノファイバーが、綿由来である、複合材料である。
The composite material according to the present invention is
Containing polyacetal resin and cellulose nanofibers,
In the cellulose nanofiber, part of the hydroxyl groups of cellulose are acylated,
The cellulose nanofiber is a composite material derived from cotton.

また、好ましくは、本発明に係る複合材料は、前記アシル化が、アセチル化である。 Also preferably, in the composite material according to the present invention, the acylation is acetylation.

好ましくは、本発明に係る複合材料は、アミド系分散剤をさらに含有する。 Preferably, the composite material according to the present invention further contains an amide-based dispersant.

好ましくは、本発明に係る複合材料は、前記アミド系分散剤が、ポリオキシエチレンアルキルアミドである。 Preferably, in the composite material according to the present invention, the amide-based dispersant is polyoxyethylene alkylamide.

図1は、実施例における製造例1のCNFのSEM画像である。FIG. 1 is an SEM image of CNF of Production Example 1 in Examples. 図2は、実施例における製造例2のCNFのSEM画像である。FIG. 2 is an SEM image of CNF of Production Example 2 in Example. 図3は、実施例における製造例3のCNFのSEM画像である。FIG. 3 is an SEM image of CNF of Production Example 3 in Example. 図4は、実施例における製造例1~3のCNFのIRスペクトルである。FIG. 4 is an IR spectrum of CNF of Production Examples 1 to 3 in Examples. 図5は、実施例における製造例1~5のCNFのXRDチャートである。FIG. 5 is an XRD chart of CNFs of Production Examples 1 to 5 in Examples. 図6は、実施例における製造例1~5のCNFのTGチャートである。FIG. 6 is a TG chart of CNFs of Production Examples 1 to 5 in Examples. 図7は、DMAチャートの一例を示し、DMAチャートから軟化温度を求める方法を示すための図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a DMA chart and a method of obtaining the softening temperature from the DMA chart.

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る複合材料の一実施形態について説明する。 An embodiment of the composite material according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施形態に係る複合材料は、ポリアセタール樹脂と、セルロースナノファイバーと、アミド系分散剤とを含有し、前記セルロースナノファイバーは、セルロースの水酸基の一部がアシル化されている。また、前記セルロースナノファイバーは、綿から取得されたセルロース繊維を原料とする。 A composite material according to the present embodiment contains a polyacetal resin, cellulose nanofibers, and an amide-based dispersant, and the cellulose nanofibers have cellulose hydroxyl groups partially acylated. In addition, the cellulose nanofibers are made from cellulose fibers obtained from cotton.

前記複合材料は、各種部品の成形材料として使用され、例えば、射出成形などによって自動車の部品や精密部品などに成形され得る。前記複合材料は、成形時の温度が通常180~220℃に設定され、好ましくは180~200℃に設定されて成形される。このため、前記複合材料は、このような成形条件下における優れた成形性を有していることが好ましい。このような観点から、前記複合材料の30~120℃における線膨張係数は、好ましくは90ppm/℃以下、より好ましくは70ppm/℃以下、さらに好ましくは50ppm/℃以下である。また、前記複合材料の前記線膨張係数は、通常10ppm/℃以上である。なお、前記線膨張係数は、実施例に記載された測定方法によって測定される。 The composite material is used as a molding material for various parts, and can be molded into automobile parts, precision parts, and the like by injection molding, for example. The composite material is molded at a molding temperature of usually 180 to 220°C, preferably 180 to 200°C. Therefore, the composite material preferably has excellent moldability under such molding conditions. From this point of view, the coefficient of linear expansion of the composite material at 30 to 120°C is preferably 90 ppm/°C or less, more preferably 70 ppm/°C or less, and even more preferably 50 ppm/°C or less. Moreover, the linear expansion coefficient of the composite material is usually 10 ppm/° C. or more. The coefficient of linear expansion is measured by the measuring method described in Examples.

また、前記複合材料の100℃における貯蔵弾性率(E´)は、好ましくは1000MPa以上であり、より好ましくは1100MPa以上であり、さらに好ましくは1200MPa以上であり、より一層好ましくは1500MPa以上である。これによって、前記複合材料は、優れた耐熱性と機械特性を有し得る。また、前記複合材料の100℃における貯蔵弾性率(E´)は、通常2500MPa以下である。なお、前記貯蔵弾性率は、実施例に記載された測定方法によって測定される。 The storage modulus (E') of the composite material at 100°C is preferably 1000 MPa or more, more preferably 1100 MPa or more, still more preferably 1200 MPa or more, and still more preferably 1500 MPa or more. Thereby, the composite material can have excellent heat resistance and mechanical properties. In addition, the storage modulus (E') of the composite material at 100°C is usually 2500 MPa or less. In addition, the said storage elastic modulus is measured by the measuring method described in the Example.

前記ポリアセタール樹脂は、アセタール構造-(-O-CRH-)-(Rは水素原子又は有機基を示す)を繰り返し構造に有する高分子である。通常、Rが水素原子であるオキシメチレン基(-OCH-)が、主たる構成単位である。前記ポリアセタール樹脂は、ポリアセタールホモポリマーであってもよく、ポリアセタールコポリマーであってもよい。また、前記ポリアセタール樹脂は、前記ポリアセタールホモポリマー又は前記ポリアセタールコポリマーの含有量が通常90質量%以上であり、好ましくは95質量%以上であればよく、一部に他のポリマー成分を含んでいてもよい。The polyacetal resin is a polymer having an acetal structure —(—O—CRH—) n — (R represents a hydrogen atom or an organic group) in a repeating structure. Usually, an oxymethylene group (--OCH 2 --) in which R is a hydrogen atom is the main structural unit. The polyacetal resin may be a polyacetal homopolymer or a polyacetal copolymer. In addition, the polyacetal resin has a content of the polyacetal homopolymer or the polyacetal copolymer of usually 90% by mass or more, preferably 95% by mass or more, and may partially contain other polymer components. good.

種子毛植物の種子から採取される種子毛繊維を原料としている。前記種子毛植物としては、綿、アクンド、カポックが例示され、これらの中でも、綿が好ましい。綿の種子は、コットンボールと呼ばれる繊維に覆われており、該コットンボールは、種子を覆うリンター及びリンターの外側を覆うリントから形成されている。リントの方がリンターよりも繊維長が長いため、一般的に、リントは、綿糸や綿織物の原料として使用され、リンターは、リンターパルプやレーヨンとして使用される。なお、前記セルロースナノファイバーは、リントから製造されてもよく、リンターから製造されてもよい。本実施形態では、前記セルロースナノファイバーは、リンターから製造されたリンターパルプを原料としている。 The raw material is seed hair fiber collected from seeds of seed hair plants. Examples of seed-hair plants include cotton, acundo, and kapok, and among these, cotton is preferred. Cotton seeds are covered with fibers called cotton balls, which are made up of lint covering the seeds and lint covering the outside of the linters. Since lint has a longer fiber length than linter, lint is generally used as a raw material for cotton thread and cotton fabric, and linter is used as linter pulp and rayon. The cellulose nanofibers may be produced from lint, or may be produced from linter. In the present embodiment, the cellulose nanofibers are made from linter pulp produced from linter.

綿由来の前記セルロースナノファイバーは、他の植物、例えば針葉樹由来のセルロースナノファイバーと比較して、リグニンの含有量が少ない。ここで、前記リグニンは、熱によって分解し易いため、その含有量が多い場合、セルロースナノファイバーの熱安定性も低下し得る。よって、綿由来の前記セルロースナノファイバーを含有する複合材料は、優れた熱安定性を有し得る。前記セルロースナノファイバーにおける前記リグニンの含有量は、500ppm以下であることが好ましく、100ppm以下であることがより好ましい。なお、前記リグニンの含有量は、Klason法によって測定される。 The cellulose nanofibers derived from cotton have a lower lignin content than cellulose nanofibers derived from other plants such as conifers. Here, since the lignin is easily decomposed by heat, the thermal stability of the cellulose nanofibers may be lowered when the content thereof is high. Therefore, composite materials containing the cellulose nanofibers derived from cotton can have excellent thermal stability. The lignin content in the cellulose nanofibers is preferably 500 ppm or less, more preferably 100 ppm or less. The lignin content is measured by the Klason method.

前記セルロースナノファイバーは、ナノレベルに解繊されている。前記ナノレベルとは、前記セルロースナノファイバーの平均繊維径が、通常15~800nmであり、好ましくは20~500nmであることを意味する。なお、前記セルロースナノファイバーは、前記複合材料中において、前記平均繊維径が上記値であればよい。例えば、平均繊維径が数10μm程度のセルロース繊維が、前記ポリアセタール樹脂と混練されることによって、ナノレベルに解繊されてもよい。また、前記平均繊維径は、実施例に記載された測定方法によって測定される。 The cellulose nanofibers are defibrated to a nano level. The nano-level means that the average fiber diameter of the cellulose nanofibers is usually 15 to 800 nm, preferably 20 to 500 nm. In addition, the cellulose nanofiber should just have the said average fiber diameter in the said composite material. For example, cellulose fibers having an average fiber diameter of about several tens of micrometers may be defibrated to a nano level by being kneaded with the polyacetal resin. Also, the average fiber diameter is measured by the measuring method described in the Examples.

また、前記セルロースナノファイバーの平均繊維長は、通常0.5~100μmであり、好ましくは1~80μmである。なお、前記平均繊維長は、実施例に記載された測定方法によって測定される。 Moreover, the average fiber length of the cellulose nanofibers is usually 0.5 to 100 μm, preferably 1 to 80 μm. The average fiber length is measured by the measuring method described in Examples.

前記セルロースナノファイバーは、セルロースの水酸基の一部がアシル化されている。言い換えれば、前記セルロースナノファイバーのセルロースの水酸基の一部が、化学式RCOOで標記されるアシル基に置換されている。アシル基としては、Rが、炭素数1~18のアルキル基であることが好ましく、炭素数1~12のアルキル基であることが好ましく、炭素数1~4のアルキル基であることがさらに好ましい。例えば、前記アシル基としては、アセチル基、ブチリル基又はラウリル基が好ましい。これらの中でも、アセチル基を有する前記セルロースナノファイバーが、優れた熱安定性を発揮し、また、製造コストが安価になるという観点から、好ましい。In the cellulose nanofiber, part of the hydroxyl groups of cellulose are acylated. In other words, part of the cellulose hydroxyl groups of the cellulose nanofibers are substituted with acyl groups represented by the chemical formula R 1 COO. As the acyl group, R 1 is preferably an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. preferable. For example, the acyl group is preferably an acetyl group, a butyryl group or a lauryl group. Among these, the cellulose nanofibers having an acetyl group are preferable from the viewpoint of exhibiting excellent thermal stability and reducing the manufacturing cost.

前記セルロースナノファイバーにおけるセルロースの水酸基のうち、アシル化された水酸基が占める割合は、平均置換度として示される。該平均置換度は、通常木材パルプの場合は0.1~0.5であり、好ましくは0.2~0.45である。一方、綿由来リンターパルプの場合は、0.1~1.5であり、好ましくは、0.2~1.2、より好ましくは0.3~1.0である。また、該平均置換度は、前記アシル基の種類によって好ましい値が異なる。例えば、アセチル基の場合、好ましくは0.1~1.5であり、より好ましくは0.2~1.2であり、ブチリル基の場合、好ましくは0.05~1.3であり、より好ましくは0.1~1.2であり、また、ラウリル基の場合、好ましくは0.05~1.2であり、より好ましくは0.1~1.0である。ラウリル基はRの炭素数が12であり、アルキル側鎖が比較的長く、該アルキル側鎖がセルロースの表面を覆い得る。よって、ラウリル基を有するセルロースナノファイバーは、平均置換度が比較的低い場合であっても、前記ポリアセタール樹脂との優れた親和性を有し得る。また、平均置換度が低い場合、セルロースナノファイバーの結晶化度の低下が抑制され得るため好ましい。なお、前記平均置換度は、実施例に記載された測定方法によって測定される。The ratio of acylated hydroxyl groups to the cellulose hydroxyl groups in the cellulose nanofibers is indicated as the average degree of substitution. The average degree of substitution is generally 0.1 to 0.5, preferably 0.2 to 0.45, in the case of wood pulp. On the other hand, in the case of cotton-derived linter pulp, it is 0.1 to 1.5, preferably 0.2 to 1.2, more preferably 0.3 to 1.0. Moreover, the preferred value of the average degree of substitution differs depending on the type of the acyl group. For example, in the case of an acetyl group, it is preferably 0.1 to 1.5, more preferably 0.2 to 1.2, and in the case of a butyryl group, it is preferably 0.05 to 1.3, more preferably It is preferably 0.1 to 1.2, and in the case of a lauryl group, it is preferably 0.05 to 1.2, more preferably 0.1 to 1.0. A lauryl group has 12 carbon atoms in R 1 and has a relatively long alkyl side chain, which can cover the surface of cellulose. Therefore, cellulose nanofibers having lauryl groups can have excellent affinity with the polyacetal resin even when the average degree of substitution is relatively low. Moreover, when the average degree of substitution is low, it is preferable because the decrease in crystallinity of the cellulose nanofibers can be suppressed. The average degree of substitution is measured by the measuring method described in Examples.

前記セルロースナノファイバーは、セルロースI型結晶を有している。前記セルロースナノファイバーにおける前記セルロースI型結晶の含有率は、結晶化度として示される。綿由来の前記セルロースナノファイバーは、他の植物由来のセルロースナノファイバーと比較して、前記結晶化度が高い。また、通常、前記セルロースナノファイバーがアシル化されると、アシル化された部分がアモルファスとなるため、前記結晶化度は低下する。これに対して、綿由来の前記セルロースナノファイバーは、アシル化によって前記結晶化度が低下しにくい。この理由として、綿由来のセルロースナノファイバーは、アシル化剤が内部に浸透しにくく、前記ポリアセタール樹脂との親和性に大きく影響する表面部分が効率的にアシル化されるためであると考えられる。また、前記アシル化剤がセルロースナノファイバーの内部に浸透しにくいことは、内部のセルロースがアシル化されにくいことを意味し、すなわち、内部の前記結晶化度が低下しにくいことを意味する。高い結晶化度を有するセルロースナノファイバーは、熱安定性が高く、前記ポリアセタール樹脂との混練時に熱分解しにくい。よって、このようなセルロースナノファイバーを含有する前記複合材料は、優れた機能を発揮し得る。 The cellulose nanofibers have cellulose type I crystals. The content of the cellulose type I crystals in the cellulose nanofibers is indicated as the degree of crystallinity. The cellulose nanofibers derived from cotton have a higher degree of crystallinity than other plant-derived cellulose nanofibers. Moreover, when the cellulose nanofibers are acylated, the acylated portion usually becomes amorphous, so the degree of crystallinity is lowered. In contrast, the cellulose nanofibers derived from cotton are less likely to lower the crystallinity due to acylation. The reason for this is thought to be that the cellulose nanofibers derived from cotton are difficult for the acylating agent to permeate inside, and the surface portion that greatly affects the affinity with the polyacetal resin is efficiently acylated. In addition, the fact that the acylating agent hardly penetrates into the inside of the cellulose nanofiber means that the cellulose in the inside is hardly acylated, that is, the crystallinity in the inside is hard to decrease. Cellulose nanofibers having a high degree of crystallinity have high thermal stability and are less likely to be thermally decomposed when kneaded with the polyacetal resin. Therefore, the composite material containing such cellulose nanofibers can exhibit excellent functions.

前記結晶化度は、好ましくは45%以上であり、より好ましくは50%以上であり、さらに好ましくは70%以上であり、より一層好ましくは75%以上であり、最も好ましくは80%以上である。なお、前記結晶化度は、実施例に記載された測定方法によって測定される。また、図5に示されるように、綿由来の前記セルロースナノファイバーは、粉末X線結晶回折(XRD)チャートにおいて、2θ=14.9°及び16.5°に特異的なピークを示す。 The crystallinity is preferably 45% or more, more preferably 50% or more, still more preferably 70% or more, still more preferably 75% or more, and most preferably 80% or more. . The crystallinity is measured by the measuring method described in Examples. In addition, as shown in FIG. 5, the cotton-derived cellulose nanofibers show specific peaks at 2θ=14.9° and 16.5° in a powder X-ray crystal diffraction (XRD) chart.

ここで、前記ポリアセタール樹脂の融点が比較的高いことにより、混練時の温度も比較的高い温度(通常、180~220℃であり、好ましくは180~200℃)に設定される。また、通常、混練時の発熱によって、混練物の温度は、設定された前記温度よりも数10℃高くなり得る。このため、前記セルロースナノファイバーは、このような温度条件下での耐熱性を有していることが好ましい。このような観点から、前記セルロースナノファイバーの熱分解温度(5%減量温度)は、290℃以上であることが好ましく、より好ましくは300℃以上であることがより好ましく、310℃以上であることがさらに好ましく、320℃以上であることがより一層好ましい。綿由来の前記セルロースナノファイバーは、他の植物由来のセルロースナノファイバーと比較して耐熱性が高く、すなわち、上記のような熱分解温度を有し得る。これによって、前記セルロースナノファイバーは、前記ポリアセタール樹脂との混練時において、熱分解しにくく、前記複合材料が、優れた機能を発揮し得る。なお、前記セルロースナノファイバーの熱分解温度は、通常360℃以下である。また、前記熱分解温度は、実施例に記載された測定方法によって測定される。 Here, since the polyacetal resin has a relatively high melting point, the kneading temperature is set to a relatively high temperature (usually 180 to 220° C., preferably 180 to 200° C.). In addition, the temperature of the kneaded product can be several tens of degrees Celsius higher than the set temperature due to heat generated during kneading. Therefore, the cellulose nanofibers preferably have heat resistance under such temperature conditions. From such a viewpoint, the thermal decomposition temperature (5% weight loss temperature) of the cellulose nanofibers is preferably 290°C or higher, more preferably 300°C or higher, and 310°C or higher. is more preferable, and 320° C. or higher is even more preferable. The cotton-derived cellulose nanofibers have higher heat resistance than other plant-derived cellulose nanofibers, that is, they can have the thermal decomposition temperature as described above. As a result, the cellulose nanofibers are less likely to be thermally decomposed when kneaded with the polyacetal resin, and the composite material can exhibit excellent functions. In addition, the thermal decomposition temperature of the cellulose nanofiber is usually 360° C. or lower. Also, the thermal decomposition temperature is measured by the measuring method described in the Examples.

前記セルロースナノファイバーの含有量は、前記複合材料全体量に対して、通常4~50質量%であり、好ましくは10~30質量%であり、より好ましくは10~20質量%である。 The content of the cellulose nanofibers is generally 4 to 50% by mass, preferably 10 to 30% by mass, more preferably 10 to 20% by mass, relative to the total amount of the composite material.

前記アミド系分散剤は、分子中にアミド基を有する分散剤であり、化学式RCONRで標記される。前記アミド系分散剤は、混練時の温度条件下において液体であることが好ましく、混練時の温度条件下において揮発しにくいものであることが好ましい。前記アミド系分散剤の融点は、通常200℃以上であり、好ましくは250℃以上である。また、前記アミド系分散剤の沸点は、通常200℃以上であり、好ましくは250℃以上である。The amide-based dispersant is a dispersant having an amide group in the molecule and is represented by the chemical formula R 2 CONR 3 R 4 . The amide-based dispersant is preferably liquid under the temperature conditions during kneading, and is preferably less volatile under the temperature conditions during kneading. The melting point of the amide-based dispersant is usually 200°C or higher, preferably 250°C or higher. The boiling point of the amide-based dispersant is usually 200°C or higher, preferably 250°C or higher.

前記アミド系分散剤としては、脂肪酸アミド、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレンアルキルアミド及びポリオキシプロピレンアルキルアミドからなる群より選ばれる1又は2以上のものが挙げられる。このようなアミド系分散剤のR部分は、前記ポリアセタール樹脂との親和性を示し得る構造であることが好ましい。このような観点から、Rは、好ましくは炭素数3~25、より好ましくは炭素数5~20のアルキル基又はアルケニル基である。Examples of the amide dispersant include one or more selected from the group consisting of fatty acid amides, fatty acid alkanolamides, polyoxyethylene alkylamides and polyoxypropylene alkylamides. The R2 portion of such an amide-based dispersant preferably has a structure capable of exhibiting affinity with the polyacetal resin. From such a viewpoint, R 2 is preferably an alkyl or alkenyl group having 3 to 25 carbon atoms, more preferably 5 to 20 carbon atoms.

前記脂肪酸アミドとしては、ステアリン酸モノアミド、オレイン酸モノアミド、エルカ酸モノアミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミドなどが挙げられる。 Examples of the fatty acid amide include stearic acid monoamide, oleic acid monoamide, erucic acid monoamide, ethylenebisstearic acid amide, and ethylenebisoleic acid amide.

前記脂肪酸アルカノールアミドとしては、ヤシ脂肪酸モノエタノールアミド、ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド、ラウリン酸イソプロパノールアミド、牛脂脂肪酸ジエタノールアミド、ラウリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミドなどが挙げられる。 Examples of the fatty acid alkanolamide include coconut fatty acid monoethanolamide, coconut fatty acid diethanolamide, lauric acid isopropanolamide, beef tallow fatty acid diethanolamide, lauric acid diethanolamide, and oleic acid diethanolamide.

前記ポリオキシエチレンアルキルアミドとしては、ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸モノエタノールアミド、ポリオキシエチレンラウリン酸モノエタノールアミドなどが挙げられる。 Examples of the polyoxyethylene alkylamide include polyoxyethylene coconut oil fatty acid monoethanolamide and polyoxyethylene lauric acid monoethanolamide.

前記ポリオキシプロピレンアルキルアミドとしては、ポリオキシプロピレンヤシ油脂肪酸モノイソプロパノールアミドなどが挙げられる。 Examples of the polyoxypropylene alkylamide include polyoxypropylene coconut oil fatty acid monoisopropanolamide.

前記アミド系分散剤は、前記化学式におけるR又はRの少なくとも一つが水素原子であることが好ましい。このようなアミド系分散剤は、前記水素原子が、前記セルロースナノファイバーにおける前記アシル基のカルボニル酸素原子と水素結合を形成し得る。よって、このようなアミド系分散剤は、前記セルロースナノファイバーとの親和性を示し得る。At least one of R 3 and R 4 in the chemical formula of the amide-based dispersant is preferably a hydrogen atom. In such an amide-based dispersant, the hydrogen atom can form a hydrogen bond with the carbonyl oxygen atom of the acyl group in the cellulose nanofiber. Therefore, such an amide-based dispersant can exhibit affinity with the cellulose nanofibers.

さらに、前記アミド系分散剤は、前記化学式におけるRが水素原子であり、Rが-(CO)H(ポリオキシエチレンアルキル基)であることが好ましい。このようなアミド系分散剤としては、日油株式会社製のナイミッド(登録商標)が挙げられる。このようなアミド系分散剤は、前記ポリオキシエチレン基の部分がポリアセタール樹脂との高い親和性を示し、且つ、前記水素原子が、前記セルロースナノファイバーにおける前記アシル基のカルボニル酸素原子と水素結合を形成し得る。すなわち、このようなアミド系分散剤は、前記ポリアセタール樹脂及び前記セルロースナノファイバーそれぞれとの親和性を示す構造を有しており、これによって、これらの間で界面活性剤のように機能し得る。よって、このようなアミド系分散剤は、前記複合材料中の前記セルロースナノファイバーの分散を促進し得る。Furthermore, it is preferable that R 3 in the chemical formula of the amide-based dispersant is a hydrogen atom and R 4 is —(C 2 H 4 O) n H (polyoxyethylene alkyl group). Nimid (registered trademark) manufactured by NOF Corporation is an example of such an amide-based dispersant. In such an amide-based dispersant, the polyoxyethylene group portion exhibits a high affinity with the polyacetal resin, and the hydrogen atom forms a hydrogen bond with the carbonyl oxygen atom of the acyl group in the cellulose nanofiber. can form. That is, such an amide-based dispersant has a structure that exhibits affinity with the polyacetal resin and the cellulose nanofibers, respectively, so that it can function between them like a surfactant. Therefore, such an amide-based dispersant can facilitate the dispersion of the cellulose nanofibers in the composite material.

前記アミド系分散剤の含有量は、前記複合材料全体に対して、通常1~10質量%であり、好ましくは2~5質量%である。 The content of the amide-based dispersant is generally 1 to 10% by mass, preferably 2 to 5% by mass, relative to the entire composite material.

次に、本実施形態に係る複合材料の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a composite material according to this embodiment will be described.

まず、前記セルロースナノファイバーの製造方法について説明する。 First, a method for producing the cellulose nanofiber will be described.

前記セルロースナノファイバーの原料は、前記リンターパルプである。前記リンターパルプの結晶化度は、好ましくは50%以上であり、より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは75%以上であり、より一層好ましくは80%以上である。前記リンターパルプは、市販されているものを使用することができる。 The raw material of the cellulose nanofiber is the linter pulp. The crystallinity of the linter pulp is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, even more preferably 75% or more, and still more preferably 80% or more. A commercially available linter pulp can be used.

前記セルロース繊維をアシル化及び解繊する方法は、従来公知の方法を採用することができる。好ましい方法としては、スーパーマスコロイダーなどの解繊装置を使用し、前記セルロース繊維を、カルボン酸ビニルエステルやカルボン酸無水物などのアシル化剤と酸触媒又は塩基触媒とDMSOなどの有機溶媒とを含む処理液によって処理し、アシル化されたセルロース繊維を取得する方法が挙げられる。該方法によれば、リファイナーや高圧ホモジナイザーなどを使用する機械的な解繊方法と比較して、前記セルロース繊維の結晶化度の低下が抑制され得る。 Conventionally known methods can be employed for the method of acylating and defibrating the cellulose fibers. A preferred method is to use a fibrillation device such as a supermasscolloider, and the cellulose fibers are treated with an acylating agent such as a carboxylic acid vinyl ester or a carboxylic anhydride, an acid or base catalyst, and an organic solvent such as DMSO. and a method of obtaining acylated cellulose fibers by treating with a treatment liquid containing. According to this method, the decrease in crystallinity of the cellulose fibers can be suppressed as compared with a mechanical defibration method using a refiner, a high-pressure homogenizer, or the like.

前記アシル化剤としては、無水酢酸、無水酪酸、ラウリン酸無水物などのカルボン酸無水物;酢酸、酪酸、ラウリン酸などのカルボン酸;酢酸ビニル、酪酸ビニル、ラウリン酸ビニルなどのカルボン酸ビニル:ハロゲン化酢酸、ハロゲン化酪酸、ハロゲン化ラウリン酸などのカルボン酸ハロゲン化物などが挙げられる。 Examples of the acylating agent include carboxylic anhydrides such as acetic anhydride, butyric anhydride and lauric anhydride; carboxylic acids such as acetic acid, butyric acid and lauric acid; vinyl carboxylates such as vinyl acetate, vinyl butyrate and vinyl laurate; Examples include carboxylic acid halides such as halogenated acetic acid, halogenated butyric acid, and halogenated lauric acid.

前記有機溶媒としては、DMSOの他、ホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドンなどの非プロトン性極性溶媒が好ましい。 As the organic solvent, in addition to DMSO, aprotic polar solvents such as formamide, dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone are preferred.

また、前記処理液には、セルロース繊維の解繊を促す解繊剤を添加してもよい。解繊剤としては、R-CHO(Rは、水素原子、炭素数1~16のアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基又はアリール基を表す)で表されるアルデヒド;R-COO-CH=CH2(R6は、炭素数1~24のアルキル基、アルキレン基、シクロアルキル基又はアリール基を表す)で表されるカルボン酸ビニルエステルが挙げられる。Further, a defibrating agent that promotes defibration of cellulose fibers may be added to the treatment liquid. Aldehydes represented by R 5 —CHO (R 5 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, an alkenyl group, a cycloalkyl group, or an aryl group); Examples thereof include carboxylic acid vinyl esters represented by CH=CH2 (R6 represents an alkyl group, alkylene group, cycloalkyl group or aryl group having 1 to 24 carbon atoms).

次に、ろ過や遠心分離などによって、前記アシル化されたセルロース繊維から前記処理液を除去し、洗浄溶媒として2-プロパノール且つ/又はジメチルアセトアミドなどを用いて前記処理されたセルロース繊維を洗浄し、濃縮することによって前記洗浄溶媒の一部を除去し、ペースト状セルロースナノファイバーを取得する。該ペースト状セルロースナノファイバーに含まれるセルロースナノファイバーの含有量は、全体量に対して通常5~30%である。 Next, the treatment liquid is removed from the acylated cellulose fibers by filtration, centrifugation, or the like, and the treated cellulose fibers are washed with 2-propanol and/or dimethylacetamide as a washing solvent, Part of the washing solvent is removed by concentration to obtain paste-like cellulose nanofibers. The content of cellulose nanofibers contained in the paste-like cellulose nanofibers is usually 5 to 30% of the total amount.

次に、前記複合材料の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the composite material will be described.

まず、一般的に使用されている撹拌機を使用して、前記ペースト状セルロースナノファイバー及び前記アミド系分散剤を混合し、分散剤処理されたセルロースナノファイバーを取得する。 First, a generally used stirrer is used to mix the paste-like cellulose nanofibers and the amide-based dispersant to obtain dispersant-treated cellulose nanofibers.

次に、前記分散剤処理されたセルロースナノファイバー及び前記ポリアセタール樹脂を混練溶媒中に分散させ、混練機を使用して混練し、混練物を取得する。通常、混練温度は180~195℃である。なお、混練時の混練機の回転数や混練時間は、取得する複合材料の量や複合材料に含有させるセルロースナノファイバーの量などを考慮して、適宜変更することができる。 Next, the dispersant-treated cellulose nanofibers and the polyacetal resin are dispersed in a kneading solvent and kneaded using a kneader to obtain a kneaded product. The kneading temperature is usually 180-195°C. Note that the number of revolutions of the kneader and the kneading time during kneading can be appropriately changed in consideration of the amount of the composite material to be obtained, the amount of cellulose nanofibers to be contained in the composite material, and the like.

前記混練溶媒としては、エタノール又は2-プロパノールなどのアルコール系溶媒、ジメチルアセトアミド又は2-メチル-2-ピロリドンなどのアミド系溶媒を使用することができる。また、これらの溶媒を2種以上混合して使用してもよい。前記有機溶媒としては、前記アミド系溶媒が好ましく、これらの中でも、ジメチルアセトアミドが好ましい。 As the kneading solvent, an alcohol solvent such as ethanol or 2-propanol, or an amide solvent such as dimethylacetamide or 2-methyl-2-pyrrolidone can be used. Moreover, you may use these solvent in mixture of 2 or more types. As the organic solvent, the amide solvent is preferable, and among these, dimethylacetamide is preferable.

次に、真空乾燥機などを使用して、前記混練物を乾燥し、前記複合材料を取得する。乾燥温度は、通常80~125℃である。 Next, the kneaded material is dried using a vacuum dryer or the like to obtain the composite material. The drying temperature is usually 80-125°C.

上記の通り、本発明に係る複合材料は、
ポリアセタール樹脂と、セルロースナノファイバーとを含有し、
前記セルロースナノファイバーは、セルロースの水酸基の一部がアシル化されており、
前記セルロースナノファイバーが、綿由来である。
As mentioned above, the composite material according to the present invention is
Containing polyacetal resin and cellulose nanofibers,
In the cellulose nanofiber, part of the hydroxyl groups of cellulose are acylated,
The cellulose nanofiber is derived from cotton.

前記セルロースナノファイバーは、綿由来であるため、他の植物由来のセルロースナノファイバーと比較して、高い結晶化度を示し、また、アシル化によって前記結晶化度が低下しにくい。よって、斯かる構成によれば、前記セルロースナノファイバーが、前記ポリアセタール樹脂との混練時に熱分解しにくいため、前記複合材料が優れた機能を発揮し得る。例えば、前記複合材料は、優れた寸法安定性を有し、それによって、優れた成形性を有し得る。 Since the cellulose nanofiber is derived from cotton, it exhibits a higher crystallinity than other plant-derived cellulose nanofibers, and the crystallinity is less likely to decrease due to acylation. Therefore, according to such a configuration, the cellulose nanofibers are less likely to be thermally decomposed when kneaded with the polyacetal resin, so that the composite material can exhibit excellent functions. For example, the composite may have good dimensional stability and thereby good moldability.

前記複合材料では、前記アシル化が、アセチル化であってもよい。 In the composite material, the acylation may be acetylation.

かかる構成によれば、前記複合材料がより優れた機能を有し得、さらに、比較的安価に製造され得る。 With such a configuration, the composite material can have better functions and can be manufactured at a relatively low cost.

前記複合材料では、アミド系分散剤をさらに含有していてもよい。 The composite material may further contain an amide-based dispersant.

かかる構成によれば、前記セルロースナノファイバーと前記ポリアセタールとの混練時、前記セルロースナノファイバーの分散が促進されるため、前記複合材料が、さらに優れた機能を発揮し得る。 According to such a configuration, when the cellulose nanofibers and the polyacetal are kneaded, the dispersion of the cellulose nanofibers is promoted, so that the composite material can exhibit even better functions.

前記複合材料では、前記アミド系分散剤がポリオキシエチレンアルキルアミドであってもよい。 In the composite material, the amide-based dispersant may be polyoxyethylene alkylamide.

かかる構成によれば、前記セルロースナノファイバーと前記ポリアセタールとの混練時、前記セルロースナノファイバーの分散がさらに促進されるため、前記複合材料がより一層優れた機能を発揮し得る。 According to such a configuration, when the cellulose nanofibers and the polyacetal are kneaded, the dispersion of the cellulose nanofibers is further promoted, so that the composite material can exhibit even better functions.

なお、本発明に係る複合材料は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、本発明に係る複合材料は、上記した作用効果により限定されるものでもない。本発明に係る複合材料は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 In addition, the composite material according to the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment. Moreover, the composite material according to the present invention is not limited by the effects described above. Various modifications can be made to the composite material according to the present invention without departing from the gist of the present invention.

次に、実施例を挙げて、本発明についてさらに詳しく説明する。 EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

[使用原料]
・セルロースナノファイバー(以下、CNFとも言う)の原料として、リンターパルプ及び針葉樹木材パルプ(Georgia-Pacific社製)を使用した。
・アシル化剤として、酢酸ビニル(ナカライテスク社製)、酪酸ビニル(ナカライテスク社製)、ラウリン酸ビニル(ナカライテスク社製)を使用した。
・ポリプラスチックス社製のポリアセタール樹脂(以下、POMとも言う)を使用した。
・アミド系分散剤として、ナイミッド(登録商標)MT-215(日油株式会社製)を使用した。
[raw materials used]
・Linter pulp and coniferous wood pulp (manufactured by Georgia-Pacific) were used as raw materials for cellulose nanofibers (hereinafter also referred to as CNF).
- Vinyl acetate (manufactured by Nacalai Tesque), vinyl butyrate (manufactured by Nacalai Tesque), and vinyl laurate (manufactured by Nacalai Tesque) were used as acylating agents.
- A polyacetal resin (hereinafter also referred to as POM) manufactured by Polyplastics Co., Ltd. was used.
- Nimid (registered trademark) MT-215 (manufactured by NOF Corporation) was used as an amide-based dispersant.

[セルロースナノファイバーの製造例]
表1における製造例1のCNFは、次のようにして製造した。酢酸ビニル10g、炭酸ナトリウム1.5g及びDMSO90gをそれぞれ三口フラスコに入れて混合し、処理液を調製した。得られた処理液にリンターパルプ3gを加え、50℃で3時間反応した後、水で洗浄した。その後、スーパーマスコロイダーを用いて解繊することにより製造例1のアセチル化CNFを取得した。
[Production example of cellulose nanofiber]
CNF of Production Example 1 in Table 1 was produced as follows. 10 g of vinyl acetate, 1.5 g of sodium carbonate and 90 g of DMSO were placed in a three-necked flask and mixed to prepare a treatment liquid. 3 g of linter pulp was added to the obtained treatment liquid, reacted at 50° C. for 3 hours, and then washed with water. After that, the acetylated CNF of Production Example 1 was obtained by fibrillating using a supermasscolloider.

[平均繊維径及び平均繊維長の測定方法]
CNFの平均繊維径及び平均繊維長を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定した。具体的には、FE-SEM(JSM-6700F、日本電子株式会社製)を使用し、下記測定条件で倍率100~100000倍のSEM画像を取得し、任意の繊維50本の繊維径及び繊維長を測定し、それぞれの算術平均値を平均繊維径及び平均繊維長とした。図1~3に、製造例1~3のCNFのSEM画像を示した。
(測定条件)
・Ptコート条件:10mA、60秒
・加速電圧:5kV
・SEI:二次電子像
・LEI:下方検出器像(二次電子像+反射電子像)
[Measuring method of average fiber diameter and average fiber length]
The average fiber diameter and average fiber length of CNF were measured using scanning electron microscopy (SEM). Specifically, using FE-SEM (JSM-6700F, manufactured by JEOL Ltd.), SEM images at a magnification of 100 to 100,000 times are acquired under the following measurement conditions, and fiber diameter and fiber length of any 50 fibers was measured, and each arithmetic mean value was defined as the average fiber diameter and the average fiber length. SEM images of the CNFs of Production Examples 1-3 are shown in FIGS.
(Measurement condition)
・Pt coating conditions: 10 mA, 60 seconds ・Acceleration voltage: 5 kV
・SEI: Secondary electron image ・LEI: Lower detector image (secondary electron image + backscattered electron image)

[平均置換度の測定方法]
セルロースナノファイバーの平均置換度は、下記滴定法によって測定した。
(滴定法)
CNF0.5gを水酸化ナトリウム(モル数A)/エタノール/水の混合液100mLに分散させ、23℃で4時間撹拌することにより、アシル基を加水分解した。水酸化ナトリウム、エタノールと水の比率は、アシル基の種類により調整する。例えば、アセチル化されたCNFの場合、水酸化ナトリウム5g/エタノール50g/水50gの混合液を用いた。一方、ラウリル化されたCNFの場合、水酸化ナトリウム5g/エタノール80g/水20gの混合液を用いた。ろ過することによって、残渣(アシル基が水酸基に変換されたCNF)と反応溶液(カルボン酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムが溶解した混合液)とを分離した。前記残渣を設定温度105℃で真空乾燥し、乾燥中の残渣の1時間ごとの質量変化が0.01%以下になったことが認められた時点で乾燥を終了し、乾燥した残渣の質量(W)を秤量した。また、塩酸水溶液を用いて前記反応溶液中の水酸化ナトリウム量を滴定し、そのモル数(C)を求めた。下記式によって、平均置換度を算出した。同じCNFは3回測定し、3回測定から得られた値の平均値を採用した。
セルロースのモル数(M)=W/162
アシル基が分解して生成したカルボン酸のモル数B=A-C
平均置換度=B/M
[Method for measuring average degree of substitution]
The average degree of substitution of cellulose nanofibers was measured by the following titration method.
(Titration method)
Acyl groups were hydrolyzed by dispersing 0.5 g of CNF in 100 mL of a mixture of sodium hydroxide (number of moles A)/ethanol/water and stirring at 23° C. for 4 hours. The ratio of sodium hydroxide, ethanol and water is adjusted according to the type of acyl group. For example, in the case of acetylated CNF, a mixture of 5 g sodium hydroxide/50 g ethanol/50 g water was used. On the other hand, in the case of laurylated CNF, a mixed solution of 5 g sodium hydroxide/80 g ethanol/20 g water was used. Filtration separated the residue (CNF in which the acyl group was converted to a hydroxyl group) and the reaction solution (mixed solution in which sodium carboxylate and sodium hydroxide were dissolved). The residue was vacuum dried at a set temperature of 105 ° C., and the drying was terminated when it was observed that the change in mass of the residue during drying per hour was 0.01% or less, and the mass of the dried residue ( W) was weighed. Also, the amount of sodium hydroxide in the reaction solution was titrated with an aqueous hydrochloric acid solution to determine the number of moles (C). The average degree of substitution was calculated by the following formula. The same CNF was measured three times, and the average value obtained from the three measurements was adopted.
Mole number of cellulose (M) = W/162
Number of moles of carboxylic acid generated by decomposition of acyl group B = AC
Average degree of substitution = B/M

[CNFのIR分析]
CNFをFT-IRを使用して分析した。図4にIRスペクトルを示した。IRスペクトルにおいて、1370cm-1付近のスペクトルは、セルロースのC-H結合による吸収である。また、1750cm-1付近のスペクトルは、アシル基のC=O結合による吸収である。図4のIRスペクトルから、製造例1~5のCNFは、アシル基を有することが認められた。
[IR analysis of CNF]
CNF was analyzed using FT-IR. FIG. 4 shows the IR spectrum. In the IR spectrum, the spectrum near 1370 cm −1 is absorption due to C—H bonds of cellulose. Also, the spectrum near 1750 cm −1 is the absorption due to the C=O bond of the acyl group. From the IR spectrum in FIG. 4, it was confirmed that the CNFs of Production Examples 1 to 5 have acyl groups.

[結晶化度の測定方法]
CNFの粉末X線結晶回折(XRD)を、試料水平型多目的X線回折装置(UltimaIV、株式会社リガク製)を使用して分析した。図5に示したように、製造例1~5のCNFは、2θ=22.6°にピークを示したため、セルロースI型結晶を有することが認められた。また、リンターパルプを原料とするCNF(製造例1~4)は、2θ=14.9°及び16.5°に特異的なピークを示した。一方、針葉樹木材パルプを原料とするCNF(製造例5)は、このようなピークを示さなかった。
(測定条件)
・X線:Cu/40kV/40mA
・スキャンスピード:10°/分
・走査範囲:2θ=5~70°
(結晶化度の算出方法)
下記式によって、結晶化度を算出した(Textile Res. J.29:786-794, 1959参照)。
結晶化度(%)=[(I200-IAM)/I200]×100
200:2θ=22.6°の回折強度
AM:アモルファス部の回折強度であり2θ=18.5°の回折強度
[Method for measuring crystallinity]
Powder X-ray crystal diffraction (XRD) of CNF was analyzed using a sample horizontal multi-purpose X-ray diffractometer (Ultima IV, manufactured by Rigaku Corporation). As shown in FIG. 5, the CNFs of Production Examples 1 to 5 showed a peak at 2θ=22.6°, indicating that they had cellulose type I crystals. In addition, CNFs made from linter pulp (Production Examples 1 to 4) showed specific peaks at 2θ=14.9° and 16.5°. On the other hand, CNF (manufacturing example 5) made from coniferous wood pulp did not show such a peak.
(Measurement condition)
・X-ray: Cu/40kV/40mA
・Scan speed: 10°/min ・Scan range: 2θ = 5 to 70°
(Method for calculating crystallinity)
The crystallinity was calculated by the following formula (see Textile Res. J.29:786-794, 1959).
Crystallinity (%) = [(I 200 −I AM )/I 200 ]×100
I 200 : Diffraction intensity at 2θ=22.6° I AM : Diffraction intensity at 2θ=18.5°, which is the diffraction intensity of the amorphous portion

[熱分解温度の測定方法]
CNFの熱分解挙動を示差熱熱重量同時測定装置(STA7200、株式会社日立ハイテクサイエンス製)を使用して分析した。図6に測定結果を示した。
(測定条件)
・雰囲気:アルゴンガス(流量300mL/分)
・温度範囲:30~400℃
・昇温速度:10℃/分
(熱分解温度=5%減量温度)
図6に、製造例1~5のCNFのTGチャートを示した。TGチャートにおいて、100℃までの質量減少は水分の蒸発による減少である。よって、TGチャートにおける200℃の質量を基準にして、質量が5%減少した温度(5%減量温度)を熱分解温度とした。
[Method for measuring thermal decomposition temperature]
The thermal decomposition behavior of CNF was analyzed using a simultaneous differential thermogravimetric analyzer (STA7200, manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.). FIG. 6 shows the measurement results.
(Measurement condition)
- Atmosphere: argon gas (flow rate 300 mL/min)
・Temperature range: 30 to 400°C
・Temperature increase rate: 10°C/min (thermal decomposition temperature = 5% weight loss temperature)
FIG. 6 shows the TG chart of CNF of Production Examples 1-5. In the TG chart, the mass decrease up to 100°C is due to the evaporation of water. Therefore, based on the mass at 200° C. on the TG chart, the temperature at which the mass decreased by 5% (5% mass loss temperature) was defined as the thermal decomposition temperature.

表1に、製造例1~5のCNFの各測定結果を示した。リンターすなわち綿由来のCNFは、結晶化度が80%程度に維持されており、且つ、高い熱分解温度を示した。これに対して、針葉樹由来のCNFは、結晶化度及び熱分解温度が比較的低い値を示した。これらの結果から、綿由来のCNFは、比較的高い熱安定性を有しているため、前記複合材料を製造する際の前記ポリアセタール樹脂との混練時において熱分解しにくいと考えられた。よって、このようなCNFを含有する複合材料は、優れた機能を発揮し得ると考えられた。 Table 1 shows the measurement results of CNF in Production Examples 1-5. The linters, cotton-derived CNFs, maintained around 80% crystallinity and exhibited high thermal decomposition temperatures. On the other hand, conifer-derived CNF showed relatively low crystallinity and thermal decomposition temperature. From these results, it was considered that cotton-derived CNF has relatively high thermal stability, and thus is unlikely to be thermally decomposed during kneading with the polyacetal resin when producing the composite material. Therefore, it was thought that a composite material containing such CNF could exhibit excellent functions.

Figure 0007237165000001
Figure 0007237165000001

[複合材料の製造]
表2の配合に従い、複合材料をシート状の複合シートとして作製した。なお、表2におけるCNFの配合量は、ポリアセタール樹脂100質量部に対する配合量を表す。また、CNFとPOMとの混練では、混練溶媒としてエタノール(EtOH)、2-プロパノール(IPA)、ジメチルアセトアミド(DMAc)又はN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を使用した(実施例8においてはDMAc/EtOHの混合溶媒)。以下、代表的な複合材料の製造例を示す。
[Manufacture of composite materials]
According to the formulation in Table 2, the composite material was produced as a sheet-like composite sheet. In addition, the compounding amount of CNF in Table 2 represents the compounding amount with respect to 100 mass parts of polyacetal resins. In the kneading of CNF and POM, ethanol (EtOH), 2-propanol (IPA), dimethylacetamide (DMAc) or N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was used as a kneading solvent (in Example 8, mixed solvent of DMAc/EtOH). An example of manufacturing a typical composite material is shown below.

複合材料にアミド系分散剤を含有させたCNFの調製実施例では、アミド系分散剤を溶解した溶媒にCNFを添加し、スターラーを用い又は機械攪拌により、120~180分、20~30℃で分散させ、分散剤処理されたCNFを調製した。 In a preparation example of CNF containing an amide-based dispersant in a composite material, CNF was added to a solvent in which the amide-based dispersant was dissolved, and stirred using a stirrer or by mechanical stirring for 120 to 180 minutes at 20 to 30 ° C. Dispersed and dispersant-treated CNF were prepared.

CNF(又は分散剤処理されたCNF)及びPOMの混練にはラボプラストミルを使用し、180~195℃、回転数45~100rpmで20~70分混練した。次に、真空乾燥機を使用し、得られた混練物を120℃で5時間乾燥し、未成形複合材料を取得した。前記未成形複合材料を、ホットプレス機を使用し、190℃で4分加熱し、180kg/cmの圧力で1分加圧後、室温にて放冷し、複合シートを作製した。取得した複合シートについて、下記測定方法によって各種データを取得し、寸法安定性、動的粘弾性及び引張特性を評価した。CNF (or dispersant-treated CNF) and POM were kneaded using a Laboplastomill at 180 to 195° C. and 45 to 100 rpm for 20 to 70 minutes. Next, using a vacuum dryer, the obtained kneaded material was dried at 120° C. for 5 hours to obtain an unmolded composite material. Using a hot press, the unmolded composite material was heated at 190° C. for 4 minutes, pressurized at a pressure of 180 kg/cm 2 for 1 minute, and allowed to cool at room temperature to prepare a composite sheet. For the obtained composite sheet, various data were obtained by the following measurement methods, and dimensional stability, dynamic viscoelasticity and tensile properties were evaluated.

[線膨張係数の測定方法]
前記複合シートの線膨張係数を熱機械分析(TMA)の機能を備えた動的粘弾性測定装置(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製Q800型DMA)を使用して測定した。
(測定条件)
・静荷重:50mN
・温度範囲:30~120℃(30℃における長さの変化を0%とした)
・昇温速度:3℃/分
・試験片:幅5mm及び長さ25~30mmの短冊形、厚み0.1~0.3mm
[Measurement method of coefficient of linear expansion]
The coefficient of linear expansion of the composite sheet was measured using a dynamic viscoelasticity measuring device (Q800 DMA manufactured by TA Instruments Japan) equipped with a thermomechanical analysis (TMA) function.
(Measurement condition)
・Static load: 50mN
・Temperature range: 30 to 120°C (0% change in length at 30°C)
・Temperature increase rate: 3 ° C./min ・Test piece: rectangular shape with a width of 5 mm and a length of 25 to 30 mm, thickness of 0.1 to 0.3 mm

[動的粘弾性の測定方法]
前記複合シートの動的粘弾性(DMA)を、前記動的粘弾性測定装置を使用して測定した。
(測定条件)
・測定モード:引張
・試験片:幅5mm及び長さ25~30mmの短冊形、厚み0.1~0.3mm
・つかみ間距離:15mm
・昇温速度:3℃/分
・ひずみ:0.1%
・測定温度:-100~160℃又は室温~160℃
(軟化温度の求め方)
図7に示すように、貯蔵弾性率の変化を示す曲線のうち、低温側に認められる直線部分を延長した直線と、貯蔵弾性率の低下速度が最大となる部分の接線との交点が示す温度を軟化温度とする。
[Method for measuring dynamic viscoelasticity]
The dynamic viscoelasticity (DMA) of the composite sheet was measured using the dynamic viscoelasticity measurement device.
(Measurement condition)
・Measurement mode: Tensile ・Test piece: Rectangular with a width of 5 mm and a length of 25 to 30 mm, thickness of 0.1 to 0.3 mm
・Distance between grips: 15mm
・Temperature increase rate: 3°C/min ・Strain: 0.1%
・Measurement temperature: -100 to 160°C or room temperature to 160°C
(How to find the softening temperature)
As shown in FIG. 7, among the curves showing changes in storage modulus, the temperature indicated by the intersection of a straight line obtained by extending the straight line portion observed on the low temperature side and the tangent line of the portion where the rate of decrease in storage modulus is maximum. is the softening temperature.

[引張試験の方法]
下記測定条件によって、前記複合シートの引張試験を実施した。
(測定条件)
・試験片:幅5mmの短冊形
・つかみ具間距離:20mm
・引張速度:5mm/分
[Method of tensile test]
A tensile test of the composite sheet was performed under the following measurement conditions.
(Measurement condition)
・Test piece: 5 mm wide strip ・Distance between grips: 20 mm
・Tensile speed: 5mm/min

表2に示す測定結果から、綿由来のCNFを含有する複合材料は、線膨張係数が低い値を示しており、優れた寸法安定性を有していることが認められた。特に、アミド系分散剤を含有する複合材料は、顕著に線膨張係数が低い値を示し、精密部品へ適用され得る可能性を示した。 From the measurement results shown in Table 2, it was confirmed that the composite material containing CNF derived from cotton exhibited a low coefficient of linear expansion and had excellent dimensional stability. In particular, the composite material containing the amide-based dispersant showed a remarkably low coefficient of linear expansion, indicating the possibility of being applied to precision parts.

また、綿由来のCNFを含有する複合材料は、100℃における貯蔵弾性率が比較的高い値を示しており、優れた耐熱性を有することが認められた。特に、アミド系分散剤を含有する複合材料は、それを含有しない複合材料よりも貯蔵弾性率が高く、より優れた耐熱性を有するため、より高い温度領域でも利用可能であることが認められた。 In addition, the composite material containing cotton-derived CNF showed a relatively high value of storage elastic modulus at 100° C., and was recognized to have excellent heat resistance. In particular, a composite material containing an amide-based dispersant has a higher storage modulus than a composite material that does not contain an amide-based dispersant, and has superior heat resistance. .

Figure 0007237165000002
Figure 0007237165000002

Claims (2)

ポリアセタール樹脂と、セルロースナノファイバーと、アミド系分散剤とを含有し、
前記セルロースナノファイバーは、セルロースの水酸基の一部がアセチル化されており、
前記セルロースナノファイバーが、綿由来であり、且つ、アセチル化された水酸基の占める割合たる平均置換度が0.3~1.0であり、
前記アミド系分散剤が、ポリオキシエチレンアルキルアミドであり、
前記セルロースナノファイバーの含有量が10~20質量%であり、且つ、前記アミド系分散剤の含有量が2~5質量%である、複合材料。
Containing a polyacetal resin, cellulose nanofibers , and an amide-based dispersant ,
In the cellulose nanofiber, part of the hydroxyl groups of cellulose are acetylated ,
The cellulose nanofibers are derived from cotton and have an average degree of substitution, which is the ratio of acetylated hydroxyl groups, of 0.3 to 1.0,
The amide-based dispersant is polyoxyethylene alkylamide,
A composite material, wherein the content of the cellulose nanofibers is 10 to 20% by mass, and the content of the amide-based dispersant is 2 to 5% by mass.
30~120℃における線膨張係数が50ppm/℃以下である、請求項1に記載の複合材料。The composite material according to claim 1, having a linear expansion coefficient of 50 ppm/°C or less at 30 to 120°C.
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