JPWO2011070923A1 - 微細繊維状セルロースシートの製造方法および前記微細繊維状セルロースシートに樹脂含浸した複合体 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2009年12月10日に、日本に出願された特願2009−280209号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
天然繊維の中でもセルロース繊維、とりわけ木材由来のセルロース繊維(パルプ)は主に紙製品として幅広く使用されている。紙に使用されるセルロース繊維の幅は10〜50μmのものがほとんどである。このようなセルロース繊維から得られる紙(シート)は不透明であり、不透明であるが故に印刷用紙として幅広く利用されている。一方、セルロース繊維をレファイナーやニーダー、サンドグラインダーなどで処理(叩解、粉砕)し、セルロース繊維を微細化(ミクロフィブリル化)すると透明紙(グラシン紙)が得られる。しかし、この透明紙の透明性は半透明レベルであり、光の透過性は高分子フィルムに比べると低く、曇り度合い(ヘーズ値)も大きい。
セルロース繊維を機械的に粉砕し、その繊維幅を50nm以下とした微細繊維状セルロースの水分散液は透明である。他方、微細繊維状セルロースシートは空隙を含むため白く乱反射し、不透明性が高くなるが、微細繊維状セルロースシートに樹脂を含浸すると空隙が埋まるため、透明なシートが得られる。さらに、微細繊維状セルロースシートの繊維はセルロース結晶の集合体で、非常に剛直であり、また、繊維幅が小さいため、通常のセルロースシート(紙)に比べると同質量において繊維の本数が飛躍的に多くなる。そのため、樹脂と複合化すると樹脂中で細い繊維がより均一かつ緻密に分散し、耐熱寸法安定性が飛躍的に高まる。また、繊維が細いため透明性が高い。このような特性を有する微細繊維状セルロースの複合体は、有機ELや液晶ディスプレイ用のフレキシブル透明基板(曲げたり折ったりすることのできる透明基板)として非常に大きな期待が寄せられている。
微細繊維状セルロースに関する微細化技術、樹脂との複合化技術については数多く開示されているが、工業的な生産性を維持しつつ、微細繊維状セルロースを多孔性のシートにする技術についてはほとんど開示されていないのが現状である。
(1)微細繊維状セルロースシートの製造方法において、微細繊維状セルロースを水に分散する分散工程、前記分散工程で得られた分散液を多孔性の基材上でろ過により脱水し、水分を含んだシートを形成する抄紙工程、前記水分を含んだシートに有機溶媒を塗布し、水分と有機溶媒を含んだシートを形成する有機溶媒処理工程、前記水分と有機溶媒を含有するシートを乾燥する乾燥工程を備え、有機溶媒処理工程で用いる有機溶媒が沸点120〜260℃であり、かつ水溶性である微細繊維状セルロースシートの製造方法。
本発明における微細繊維状セルロースは通常製紙用途で用いるパルプ繊維よりもはるかに幅の狭いセルロース繊維あるいは棒状粒子である。微細繊維状セルロースは結晶状態のセルロース分子の集合体であり、その結晶構造はI型(平行鎖)である。微細繊維状セルロースの幅は透過型電子顕微鏡で観察して2nm〜1000nmが好ましく、より好ましくは2nm〜500nm、さらに好ましくは4nm〜100nmである。繊維の幅が2nm未満であると、セルロース分子として水に溶解しているため、微細繊維としての物性(強度や剛性、寸法安定性)が発現しなくなる。1000nmを超えると微細繊維とは言えず、通常のパルプに含まれる繊維にすぎないため、微細繊維としての物性(強度や剛性、寸法安定性)が得られない。また、微細繊維状セルロースの複合体に透明性が求められる用途であると、微細繊維の幅は50nm以下が好ましい。
長さ加重平均繊維長が1μm未満であると、シートを形成するための強度が著しく低いためシート化ができなくなるため好ましくない。繊維長が10μm以上であると確実にシート形成できるようになり、50μm以上であるとシートがさらに形成しやすくなる上、得られるシートの強度も向上する。長さ加重平均繊維長が1000μmを超え、繊維幅が1μm以下のものを作成しようとすると、なるべく繊維を切らないように(長さ加重平均繊維長が短くならないように)繊維幅を小さくする必要があるが、そのような処理は弱い剪断力で長時間機械的処理をする必要があり、工業的生産が困難である。
アスペクト比が100未満であると、長さ加重平均繊維長が50μm以上の場合、通常のパルプ繊維(アスペクト比が50程度)に比べ得られるシートの物性に大きな差異がなく、また、繊維幅を10nmオーダーまで細くすると繊維長が短くなり、シート形成が困難になったり、強度が著しく低くなってしまう。
攪拌装置としてアジテータ、ホモミキサ、パイプラインミキサなどの装置を用いてセルロースを均一に分散する。この場合の分散液の濃度としては、0.1〜1質量%であることが好ましく、0.2〜0.8質量%であることがより好ましい。分散液の濃度が0.1質量%未満であると、抄紙効率が低下するおそれがあり、1質量%を超えると粘度が高すぎて取り扱いが困難となるおそれがある。前記分散液の粘度は、25℃におけるB型粘度で100〜5000mPa・秒程度が好適である。
さらに、ポリアミド化合物、ポリアミドポリ尿素化合物、ポリアミンポリ尿素化合物、ポリアミドアミンポリ尿素化合物及びポリアミドアミン化合物などの微カチオン性の有機高分子も使用できる。
また、前記カチオン性が弱い化合物については、セルロース凝結剤の配合量は、微細繊維状セルロース100質量部に対して、セルロース凝結剤を10〜200質量部配合するのが好ましく、より好ましくは20〜150質量部、さらに好ましくは30〜100質量部の範囲である。カチオン性の弱いセルロース凝結剤の配合量が10質量部未満であると、濾水性が悪化するおそれがある。逆に配合量が200質量部を超えると透明性が悪化するおそれがある。
有機溶媒の沸点が120℃より低いと、水を蒸発させる際に有機溶媒が一緒に蒸発する量が増えてしまい、多孔性のシートが得られないという問題が発生する。逆に、沸点が260℃を超えると、有機溶媒を蒸発させるために高温が必要となり微細繊維が黄変したり、繊維強度が低下したりという問題が発生する。また、水に対する溶解性は20℃において10%以上の溶解性が好ましく、より好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上である。
脂肪族ポリエステル系樹脂としては、脂肪族ヒドロキシカルボン酸を主たる構成成分とする重合体、脂肪族多価カルボン酸と脂肪族多価アルコールを主たる構成成分とする重合体などが挙げられる。具体的には、脂肪族ヒドロキシカルボン酸を主たる構成成分とする重合体としては、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリ(3−ヒドロキシ酪酸)、ポリ(4−ヒドロキシ酪酸)、ポリ(4−ヒドロキシ吉草酸)、ポリ(3−ヒドロキシヘキサン酸)、ポリカプロラクトンなどが挙げられ、脂肪族多価カルボン酸と脂肪族多価アルコールを主たる構成成分とする重合体としては、ポリエチレンアジペート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート、ポリブチレンサクシネートなどが挙げられる。
環状オレフィン系樹脂とは、ノルボルネンやシクロヘキサジエンなど、ポリマー鎖中に環状オレフィン骨格を含む重合体もしくはこれらを含む共重合体であり、その製造方法については特に限定されるものではない。環状オレフィン系樹脂とは、例えば、ノルボルネン骨格の繰返し単位、またはノルボルネン骨格とメチレン骨格の共重合体よりなるノルボルネン系樹脂が挙げられ、JSR社製の「アートン」、日本ゼオン社製の「ゼオネックス」および「ゼオノア」、三井化学社製の「アペル」、チコナ社製の「トーパス」などが挙げられる。
これらの中でも特に好ましいポリフェニレンエーテルとしては、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)、2,6−ジメチルフェノールと2,3,6−トリメチルフェノールとの共重合体、またはこれらの混合物である。また、本発明で使用できるポリフェニレンエーテル系樹脂は、全部又は一部が変性されたポリフェニレンエーテルであっても構わない。ここでいう変性されたポリフェニレンエーテルとは、分子構造内に少なくとも1個の炭素−炭素二重結合または、三重結合及び少なくとも1個のカルボン酸基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、又はグリシジル基を有する、少なくとも1種の変性化合物で変性されたポリフェニレンエーテルを指す。ポリフェニレンエーテル系樹脂は耐熱性が高く、電気特性に優れているため、高耐熱用途、また電子部品として好適に使用することができる。
これらの熱可塑性樹脂は、単独ないし2種以上を混合して用いることができる。2種以上の熱可塑性樹脂を混合して用いる場合、その混合比によって樹脂の屈折率を調整することが可能であるので好ましい。アクリル系樹脂とスチレン系樹脂をブレンドすることにより得られる樹脂が好ましく、例えば、ポリメタクリル酸メチル(屈折率約1.49)とアクリロニトリル−スチレン共重合体(アクリロニトリル含量約21%、屈折率約1.57)を50:50で混合すると、屈折率約1.53の樹脂が得られる。
本発明において用いられる熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではないが、具体例を示すと、エポキシ樹脂、熱硬化型変性ポリフェニレンエーテル樹脂、熱硬化型ポリイミド樹脂、ユリア樹脂、アリル樹脂、ケイ素樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、アルキド樹脂、フラン樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、アニリン樹脂等、その他工業的に供されている樹脂及びこれら樹脂を2種以上混合して得られる樹脂が挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂、アリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、熱硬化型ポリイミド樹脂などは透明性を有するため、光学材料として使用する場合に好適である。
前記エポキシ樹脂の硬化反応に用いる硬化剤としては特に限定されず、従来公知のエポキシ樹脂用の硬化剤を用いることができ、例えば、アミン化合物、アミン化合物から合成されるポリアミノアミド化合物などの化合物、3級アミン化合物、イミダゾール化合物、ヒドラジド化合物、メラミン化合物、酸無水物、フェノール化合物、熱潜在性カチオン重合触媒、光潜在性カチオン重合開始剤、ジシアンアミド及びその誘導体などが挙げられる。これらの硬化剤は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
なお、前記光硬化性樹脂を硬化させる場合には、光照射と同時に熱を加えてもよい。また、本発明において熱硬化性樹脂および光硬化性樹脂と併用して用いる硬化剤、硬化触媒は、熱硬化性樹脂および光硬化性樹脂の硬化に用いられるものであれば特に限定されない。硬化剤の具体例としては多官能アミン、ポリアミド、酸無水物、フェノール樹脂が挙げられ、硬化触媒の具体例としてはイミダゾールなどが挙げられ、これらは単独又は2種以上の混合物として使用することができる。
(1)単量体を含浸させて重合させる方法、
(2)熱硬化性樹脂前駆体または光硬化性樹脂前駆体を含浸させて硬化させる方法、
(3)前記樹脂の溶液を含浸後乾燥させる方法、
(4)前記樹脂のうち熱可塑性樹脂の溶融体を含浸させ脱泡後冷却する方法、のいずれか一つの方法により複合体を製造する方法を用いることができる。
NBKPパルプ(王子製紙社製 水分50% フリーネス600mLcsf)100質量部に水1150質量部を加えてディスインテグレーターで解繊した後、パルプ濃度を2〜3%に調製してリファイナーで処理した。リファイナーで処理したパルプのフリーネスは300mLcsfであった。リファイナーで処理したパルプにパルプ濃度が0.5〜0.7%の間になるように水を加えて、石臼型分散機(増幸産業社製「スーパーマスコロイダー」、石臼タイプG)を用いて5回処理を行って微細繊維状セルロースのスラリーAを得た。スラリーのパルプ濃度を0.5%に調整した。前記微細繊維状セルロースの幅を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察して測定したところ、繊維の幅は200〜800nmの範囲であった。
微細繊維状セルロースAを高圧衝突型分散機(スギノマシン社製「アルティマイザー」)で10回処理して微細繊維状セルロースBのスラリーを得た。前記微細繊維状セルロースの幅を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察して測定したところ、繊維の幅は100〜300nmの範囲であった。
微細繊維状セルロースAを高圧衝突型分散機(スギノマシン社製「アルティマイザー」)で20回処理して微細繊維状セルロースCのスラリーを得た。前記微細繊維状セルロースの幅を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察して測定したところ、繊維の幅は50〜200nmの範囲であった。
水150質量部にNBKPパルプ(王子製紙社製 水分50% フリーネス600mLcsf)4質量部と2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(TEMPO)0.025質量部と臭化ナトリウム0.25質量部を順次攪拌しながら添加して作成した水分散液に、次亜塩素酸ナトリウムの13質量%水溶液を、絶乾パルプ1gに対して次亜塩素酸ナトリウムの量が2.5mmolとなるように加えて反応を開始した。反応中は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHを10.5に保った。反応物をろ別して水洗し得られたパルプを濃度1.5%となるように水を加えてパルプ分散液を得た。得られたパルプ分散液をディスインテグレーターで約5分間解繊して微細繊維状セルロースDを得た。スラリーの濃度を0.5%に調製した。前記微細繊維状セルロースの幅を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察して測定したところ、繊維の幅は3〜20nmの範囲であった。
調製例1の微細繊維状セルロースAを500メッシュのポリエステルメッシュ上で減圧しながらウェットシートを作成した。ウェットシートの固形分は10%であった。得られたウェットシート上にジエチレングリコールジメチルエーテル(DEGDME)(東邦化学社製、商品名:「ハイソルブMDM」、分子量134、沸点162℃、表面張力28N/m)をウェットシート100部に対して100部をスプレーで均一に塗布した。スプレーは霧吹きタイプを使用した。さらに減圧して水と有機溶媒を含んだウェットシートを形成した。ウェットシートの固形分は10%であった。ウェットシートに含まれる水と有機溶媒の比率は50/50であった。ウェットシートを500メッシュのポリエステルメッシュとともにシリンダーロールで鏡面にウェットシートが接触するように80℃で3分間乾燥し、第一乾燥後のシートを得た。得られた第一乾燥後のシートは半透明であり、湿った状態であった。第一乾燥後のシートを130℃で3分間乾燥して(第2乾燥工程)シートをポリエステルメッシュから剥がし、35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは50μmであった。
ジエチレングリコールジメチルエーテルを30部配合したこと以外は実施例1と同様にして微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは39μmであった。
ジエチレングリコールジメチルエーテルを60部配合したこと以外は実施例1と同様にして微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは41μmであった。
ジエチレングリコールジメチルエーテルを200部配合したこと以外は実施例1と同様にして微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは58μmであった。
スプレー塗布の代わりにグラビアロール(50メッシュ、格子、正転塗工)を使用してウェットシートの表面に有機溶媒を塗布したこと以外は実施例1と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。有機溶媒の塗布量はウェットシート100部に対して30部であった。得られたシートは白く不透明であり、厚さは37μmであった。
スプレー塗布の代わりにカーテンコーターを使用してウェットシートの表面に有機溶媒を塗布したこと以外は実施例1と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。有機溶媒の塗布量はウェットシート100部に対して100部であった。得られたシートは白く不透明であり、厚さは51μmであった。
スプレー塗布の代わりにバーコーターを使用してウェットシートの表面に有機溶媒を塗布したこと以外は実施例1と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。有機溶媒の塗布量はウェットシート100部に対して100部であった。得られたシートは白く不透明であり、厚さは48μmであった。
スプレー塗布の代わりにブレードコーターを使用してウェットシートの表面に有機溶媒を塗布したこと以外は実施例1と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。有機溶媒の塗布量はウェットシート100部に対して100部であった。得られたシートは白く不透明であり、厚さは47μmであった。
スプレー塗布の代わりにサイズプレスを使用してウェットシートの表面に有機溶媒を塗布したこと以外は実施例1と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。有機溶媒の塗布量はウェットシート100部に対して100部であった。得られたシートは白く不透明であり、厚さは45μmであった。
調製例2の微細繊維状セルロースBを用いたこと以外は実施例4と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは49μmであった。
調製例3の微細繊維状セルロースCを用いたこと以外は実施例4と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは47μmであった。
調製例4の微細繊維状セルロースDを用いたこと以外は実施例4と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは45μmであった。
有機溶媒としてジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル(DEGIPME)(東邦化学社製、商品名:ハイソルブIPDM、分子量162、沸点179℃、表面張力24N/m)を用いたこと以外は実施例4と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは51μmであった。
有機溶媒としてトリエチレングリコールモノメチルエーテル(TEGMME)(東邦化学社製、商品名:ハイモールTM、分子量164、沸点249℃、表面張力36N/m)を用いたこと以外は実施例4と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは50μmであった。
有機溶媒としてジエチレングリコールモノメチルエーテル(DEGMME)(東邦化学社製、商品名:ハイソルブDM、分子量120、沸点194℃、表面張力34N/m)を用いたこと以外は実施例4と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは52μmであった。
有機溶媒としてジエチレングリコール(DEG)(和光純薬社製、分子量106、沸点245℃、表面張力45N/m)を用いたこと以外は実施例4と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは51μmであった。
有機溶媒としてエチレングリコールモノt−ブチルエーテル(EGtBE)(和光純薬社製、分子量118、沸点152℃、表面張力42N/m)を用いたこと以外は実施例4と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは52μmであった。
微細繊維状セルロースC100部に、セルロース凝結剤として硫酸アルミニウム(化学式:Al2(SO4)3、固形分:0.3質量%)1.67質量部を攪拌しながら添加した。得られた水系懸濁液(A)のB型粘度(25℃、60rpm、ロータNo.4)は600mPa・秒であった。このセルロース凝結剤を添加した微細繊維状セルロースCを用いたこと以外は実施例11と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは47μmであった。実施例11の10倍のろ過速度で製造できた。
微細繊維状セルロースC100部に、セルロース凝結剤として0.1質量%に水で希釈したカチオンポリマーPCA−02(東邦化学工業株式会社)水溶液15部を攪拌しながら添加した。得られた水系懸濁液のB型粘度(25℃、60rpm、ロータNo.4)は1200mPa・秒であった。このセルロース凝結剤を添加した微細繊維状セルロースCを用いたこと以外は実施例11と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは45μmであった。実施例11の5倍のろ過速度で製造できた。
微細繊維状セルロースC100部に、セルロース凝結剤として炭酸水素アンモニウム(和光純薬社製)の水溶液(濃度10質量%)10部を攪拌しながら添加した。得られた水系懸濁液のB型粘度(25℃、60rpm、ロータNo.4)は850mPa・秒であった。このセルロース凝結剤を添加した微細繊維状セルロースCを用いたこと以外は実施例11と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは40μmであった。実施例11の10倍のろ過速度で製造できた。
微細繊維状セルロースC100部に、セルロース凝結剤として微カチオン性樹脂(住友化学社製、商品名:「SPI203」、固形分50%、ポリアミンポリアミド樹脂)を10%に希釈した水溶液5部を攪拌しながら添加した。得られた水系懸濁液のB型粘度(25℃、60rpm、ロータNo.4)は1050mPa・秒であった。このセルロース凝結剤を添加した微細繊維状セルロースCを用いたこと以外は実施例11と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは40μmであった。実施例11の10倍のろ過速度で製造できた。
実施例1〜21で得た微細繊維状セルロースシートを、熱硬化性エポキシ樹脂に含浸し、130℃で3分間処理して硬化させた。含浸前のセルロースシートは白色のシートであったが、含浸後のシートは透明になり樹脂と熱硬化性エポキシ樹脂が複合化できた。
調製例1の微細繊維状セルロースAを500メッシュのポリエステルメッシュ上で減圧しながらウェットシートを作成した。ウェットシートの固形分は10%であった。得られたウェットシート上にジエチレングリコールジメチルエーテル(DEGDME)(東邦化学社製、商品名:「ハイソルブMDM」、分子量134、沸点162℃、表面張力28N/m)と水を質量比100:5で混合した液をウェットシート100部に対して200部(このうち有機溶媒は190部)をスプレーで均一に塗布した。スプレーは霧吹きタイプを使用した。さらに減圧して水と有機溶媒を含んだウェットシートを形成した。ウェットシートの固形分は10%であった。ウェットシートに含まれる水と有機溶媒の比率は47/53であった。ウェットシートを500メッシュのポリエステルメッシュとともにシリンダーロールで鏡面にウェットシートが接触するように80℃で3分間乾燥し、第一乾燥後のシートを得た。得られた第一乾燥後のシートは半透明であり、湿った状態であった。第一乾燥後のシートを130℃で3分間乾燥して(第2乾燥工程)シートをポリエステルメッシュから剥がし、35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは55μmであった。
ジエチレングリコールジメチルエーテル(DEGDME)(東邦化学社製、商品名:「ハイソルブMDM」、分子量134、沸点162℃、表面張力28N/m)と水の質量比を100:100で混合した液をウェットシート100部に対して200部(このうち有機溶媒は100部)をスプレーで均一に塗布したこと以外は実施例23と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは49μmであった。
ジエチレングリコールジメチルエーテル(DEGDME)(東邦化学社製、商品名:「ハイソルブMDM」、分子量134、沸点162℃、表面張力28N/m)と水の質量比を100:400で混合した液をウェットシート100部に対して200部(このうち有機溶媒は40部)をスプレーで均一に塗布したこと以外は実施例23と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは白く不透明であり、厚さは37μmであった。
調製例1の微細繊維状セルロースAを500メッシュのポリエステルメッシュ上で減圧しながらウェットシートを作成した。ウェットシートを500メッシュのポリエステルメッシュとともに80℃で3分間乾燥し第一乾燥後のシートを得た。得られた第一乾燥後のシートは半透明であり、乾いた状態であった。第一乾燥後のシートを130℃で3分間乾燥して(第2乾燥工程)シートをポリエステルメッシュから剥がし、35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。シートは半透明のままであり、厚さは35μmであった。
調製例2の微細繊維状セルロースBを500メッシュのポリエステルメッシュ上で減圧しながらウェットシートを作成した。ウェットシートを500メッシュのポリエステルメッシュとともに80℃で3分間乾燥し、第一乾燥後のシートを得た。得られた第一乾燥後のシートは半透明であり、乾いた状態であった。第一乾燥後のシートを130℃で3分間乾燥して(第2乾燥工程)シートをポリエステルメッシュから剥がし、35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。シートは半透明のままであり、厚さは32μmであった。
調製例3の微細繊維状セルロースCを500メッシュのポリエステルメッシュ上で減圧しながらウェットシートを作成した。ウェットシートを500メッシュのポリエステルメッシュとともに80℃で3分間乾燥し、第一乾燥後のシートを得た。得られた第一乾燥後のシートは半透明であり、乾いた状態であった。第一乾燥後のシートを130℃で3分間乾燥して(第2乾燥工程)シートをポリエステルメッシュから剥がし、35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。シートは半透明のままであり、厚さは29μmであった。
調製例4の微細繊維状セルロースDを500メッシュのポリエステルメッシュ上で減圧しながらウェットシートを作成した。ウェットシートを500メッシュのポリエステルメッシュとともに80℃で3分間乾燥し、第一乾燥後のシートを得た。得られた第一乾燥後のシートは半透明であり、乾いた状態であった。第一乾燥後のシートを130℃で3分間乾燥して(第2乾燥工程)シートをポリエステルメッシュから剥がし、35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。シートは半透明のままであり、厚さは25μmであった。
有機溶媒としてエタノール(和光純薬社製、分子量46、沸点78℃、表面張力22N/m)を使用したこと以外は実施例1と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。得られたシートは半透明であり、厚さは34μmであった。
有機溶媒としてイソプロピルアルコール(IPA)(和光純薬社製、分子量60、沸点82℃、表面張力21N/m)を用いたこと以外は実施例1と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。厚さは35μmであった。
有機溶媒としてエチレングリコールジメチルエーテル(EGDME)(東邦化学社製、商品名:ハイソルブMMM、分子量90、沸点84〜86℃、表面張力23N/m)を用いたこと以外は実施例1と同様に35g/m2の微細繊維状セルロースシートを得た。厚さは35μmであった。
有機溶媒としてオルトキシレン(和光純薬社製、沸点144℃、分子量106)を用いたこと以外は実施例1と同様にして微細繊維状セルロースシートを得ようとしたが、シートが激しくムラ状になりシートを得ることができなかった。
比較例1〜7で得られた微細繊維状セルロースシートを熱硬化性樹脂に含浸しようとしたが、熱硬化性樹脂が微細繊維状セルロースシートに含浸されず、複合化シートは得られなかった。
1.透気度
微細繊維状セルロースシートの透気度をJAPAN TAPPI 紙パルプ試験方法No.5−2:2000(王研式)に準じて測定した。透気度が低いほど樹脂の含浸性が良好である。
微細繊維状セルロースシートの1μm径以下の細孔体積および細孔表面積を水銀ポロシメーター(島津製作所社製、商品名:「オートポアIV9505」)で測定した。細孔体積および細孔表面積が大きいほど樹脂の含浸性が良好である。細孔体積は0.1以上2mL/g以下が好ましい。細孔体積が0.1mL/g未満になると含浸できなくなる。細孔体積が2ml/gを超えると含浸樹脂に対する微細繊維状セルロースの割合が小さくなり好ましくない。細孔表面積は40m2/g以上200m2/g以下が好ましい。40m2/g未満であると樹脂の含浸性が悪くなり、200m2/gを超えるとシートの強度が低下して好ましくない。
Claims (13)
- 微細繊維状セルロースシートの製造方法において、微細繊維状セルロースを水に分散する分散工程、前記分散工程で得られた分散液を多孔性の基材上でろ過により脱水し、水分を含んだシートを形成する抄紙工程、前記水分を含んだシートに有機溶媒を塗布し、水分と有機溶媒を含んだシートを形成する有機溶媒処理工程、前記水分と有機溶媒を含有するシートを乾燥する乾燥工程を備え、有機溶媒処理工程で用いる有機溶媒が沸点120〜260℃であり、かつ水溶性であることを特徴とする微細繊維状セルロースシートの製造方法。
- 前記分散工程において、分散液にセルロース凝結剤を配合することを特徴とする請求項1に記載の微細繊維状セルロースシートの製造方法。
- 前記セルロース凝結剤が無機塩類、またはカチオン性官能基を含む有機化合物から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項2に記載の微細繊維状セルロースシートの製造方法。
- 前記セルロース凝結剤が炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、硫酸アルミニウム、ポリアミド系微カチオン樹脂から選択される少なくとも一種である請求項2または3に記載の微細繊維状セルロースシートの製造方法。
- 前記有機溶媒の塗布の方法がスプレーコーター、カーテンコーター、グラビアコーター、バーコーター、ブレードコーター、サイズプレスコーターから選択される少なくとも一つの方法であることを特徴する請求項1〜4のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロースシートの製造方法。
- 水分を含んだシートに塗布される有機溶媒が水で希釈されており、有機溶媒と水の質量比が100:1〜100:1000であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロースシートの製造方法。
- 前記乾燥工程は、第一乾燥工程において水を蒸発させ、次いで第二乾燥工程において有機溶媒を蒸発させる二段階の乾燥工程を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロースシートの製造方法。
- 前記水分と有機溶媒を含んだシートに含まれる水と有機溶媒の質量割合が100:10〜10:100であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロースシートの製造方法。
- 前記有機溶媒が、グライム類であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロースシートの製造方法。
- 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であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロースの製造方法。
- 前記微細繊維状セルロースの繊維幅が2〜1000nmであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロースシートの製造方法。
- 前記微細繊維状セルロースの分散液中の濃度が0.1〜1質量%であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の微細繊維状セルロースシートの製造方法。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の製造方法で得られた微細繊維状セルロースシートに樹脂を含浸して得たことを特徴とする微細繊維状セルロースの複合体。
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