JPWO2016148280A1 - Fine cellulose fiber and use thereof - Google Patents

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明 磯貝
明 磯貝
継之 齋藤
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ジュリアン ブラス
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C08B15/05Derivatives containing elements other than carbon, hydrogen, oxygen, halogens or sulfur
    • C08B15/06Derivatives containing elements other than carbon, hydrogen, oxygen, halogens or sulfur containing nitrogen, e.g. carbamates

Abstract

非揮発性又は難揮発性の第1級アミンを用いて、カルボキシ基を有するセルロース繊維又は微細セルロース繊維のカルボキシ基をアミド化させる工程を備えることを特徴とする微細セルロース繊維の製造方法。The manufacturing method of the fine cellulose fiber characterized by including the process of amidating the carboxy group of the cellulose fiber which has a carboxy group, or a fine cellulose fiber using a non-volatile or a hardly volatile primary amine.

Description

本発明は、微細セルロース繊維及びその使用に関する。より詳細には、微細セルロース繊維の製造方法、樹脂組成物の製造方法、微細セルロース繊維、樹脂組成物及び成形体に関する。本願は、2015年3月19日に米国に出願された仮出願第62/135,548号、及び2015年10月28日に米国に出願された仮出願第62/247,208号に基づき優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。   The present invention relates to fine cellulose fibers and uses thereof. In more detail, it is related with the manufacturing method of a fine cellulose fiber, the manufacturing method of a resin composition, a fine cellulose fiber, a resin composition, and a molded object. This application is based on provisional application 62 / 135,548 filed in the United States on March 19, 2015 and provisional application 62 / 247,208 filed in the United States on October 28, 2015. Claim the rights and incorporate their content here.

セルロースナノファイバー(微細セルロース繊維)は、植物細胞壁の骨格成分であり、植物繊維をナノサイズまで細かくほぐすことにより得られるものである。セルロースナノファイバーは、軽く、高い強度を有しており、透明材料に加工することができる等の特徴を有しており、その応用が期待されている。   Cellulose nanofibers (fine cellulose fibers) are skeletal components of plant cell walls, and are obtained by finely loosening plant fibers to nano size. Cellulose nanofibers are light, have high strength, have characteristics such as being able to be processed into a transparent material, and their application is expected.

当初、セルロースナノファイバーは、多大なエネルギーを消費する機械的なせん断力の負荷により製造されていた。しかしながら、よりエネルギー消費の低い、薬物又は酵素を用いた製造方法が開発されてきた。   Initially, cellulose nanofibers were produced by mechanical shear loading that consumes significant energy. However, production methods using drugs or enzymes with lower energy consumption have been developed.

現在、セルロースナノファイバーの多くは、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルラジカル(TEMPO)等による酸化処理を含む工程により製造されている。セルロースがTEMPOにより酸化されると、微小繊維の表面のC6位のヒドロキシル基がカルボン酸ナトリウムに変換される。これにより、エネルギー消費の低い穏やかな条件下で、浸透圧や静電気的な反発力等により微小繊維を個々にほぐし、セルロースナノファイバーを得ることができる。この手法により製造されたセルロースナノファイバーはTEMPO−oxidized cellulose nanofibrils(TOCNs)と呼ばれている。   Currently, most cellulose nanofibers are produced by a process including an oxidation treatment with 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl radical (TEMPO) or the like. When cellulose is oxidized by TEMPO, the hydroxyl group at the C6 position on the surface of the microfiber is converted to sodium carboxylate. Thus, cellulose nanofibers can be obtained by loosening individual microfibers by osmotic pressure, electrostatic repulsive force or the like under mild conditions with low energy consumption. Cellulose nanofibers produced by this technique are called TEMPO-oxidized cellulose nanofibrils (TOCNs).

しかしながら、TOCNs等のカルボキシ基を有する微細セルロース繊維は、熱分解温度が低いためにその応用が制限されている。セルロースの熱分解温度が約300℃であるのに対し、カルボキシ基を有する微細セルロース繊維の熱分解温度は200〜220℃である(例えば、非特許文献1を参照)。   However, the application of a fine cellulose fiber having a carboxy group such as TOCNs is limited because of its low thermal decomposition temperature. The thermal decomposition temperature of cellulose is about 300 ° C., whereas the thermal decomposition temperature of fine cellulose fibers having a carboxy group is 200 to 220 ° C. (see, for example, Non-Patent Document 1).

Tang H., et al., A transparent, hazy, and strong macroscopic ribbon of oriented cellulose nanofibrils bearing poly(ethylene glycol)., Adv. Mater., 27 (12), 2070-2076, 2015.Tang H., et al., A transparent, hazy, and strong macroscopic ribbon of oriented cellulose nanofibrils bearing poly (ethylene glycol)., Adv. Mater., 27 (12), 2070-2076, 2015.

そこで、本発明は、カルボキシ基を有する微細セルロース繊維の熱分解温度が低い原因を明らかにし、熱分解温度が高い微細セルロース繊維の製造方法を提供することを目的とする。   Then, this invention clarifies the cause of the low thermal decomposition temperature of the fine cellulose fiber which has a carboxy group, and it aims at providing the manufacturing method of the fine cellulose fiber with a high thermal decomposition temperature.

本発明は以下の態様を含む。
(1)非揮発性又は難揮発性の第1級アミンを用いて、カルボキシ基を有するセルロース繊維又は微細セルロース繊維のカルボキシ基をアミド化させる工程を備えることを特徴とする微細セルロース繊維の製造方法。
(2)前記第1級アミンのTmaxが170℃以上である、(1)に記載の微細セルロース繊維の製造方法。
(3)カルボキシ基を有するセルロース繊維又は微細セルロース繊維と、非揮発性又は難揮発性の第1級アミンとを混合し、混合物を得る工程と、前記混合物及び樹脂を溶融混練する工程と、を備えることを特徴とする樹脂組成物の製造方法。
(4)前記第1級アミンのTmaxが170℃以上である、(3)に記載の樹脂組成物の製造方法。
(5)カルボキシ基の一部又は全部がアミド化されている微細セルロース繊維であって、熱分解温度がカルボキシ基を有する微細セルロース繊維よりも高い温度であることを特徴とする微細セルロース繊維。
(6)熱分解温度が250℃以上である、(5)に記載の微細セルロース繊維。
(7)カルボキシ基及びアミド基の合計に対するアミド基の割合が80モル%以上である、(5)又は(6)に記載の微細セルロース繊維。
(8)(5)〜(7)のいずれかに記載の微細セルロース繊維を含有する樹脂組成物。
(9)(8)に記載の樹脂組成物を含有することを特徴とする成形体。
The present invention includes the following aspects.
(1) A method for producing a fine cellulose fiber, comprising a step of amidating a carboxy group of a cellulose fiber having a carboxy group or a fine cellulose fiber using a non-volatile or hardly volatile primary amine. .
(2) The method for producing fine cellulose fibers according to (1), wherein Tmax of the primary amine is 170 ° C. or higher.
(3) A step of mixing a cellulose fiber or fine cellulose fiber having a carboxy group with a non-volatile or hardly volatile primary amine to obtain a mixture, and a step of melt-kneading the mixture and the resin. The manufacturing method of the resin composition characterized by the above-mentioned.
(4) The method for producing a resin composition according to (3), wherein Tmax of the primary amine is 170 ° C. or higher.
(5) A fine cellulose fiber in which a part or all of the carboxy group is amidated, and the pyrolysis temperature is higher than that of the fine cellulose fiber having a carboxy group.
(6) The fine cellulose fiber according to (5), which has a thermal decomposition temperature of 250 ° C. or higher.
(7) The fine cellulose fiber according to (5) or (6), wherein the ratio of the amide group to the sum of the carboxy group and the amide group is 80 mol% or more.
(8) A resin composition containing the fine cellulose fiber according to any one of (5) to (7).
(9) A molded article comprising the resin composition according to (8).

本発明によれば、熱分解温度が高い微細セルロース繊維の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, a method for producing fine cellulose fibers having a high thermal decomposition temperature can be provided.

実験例1において、分子量1000のPEG−NHでTOCNを修飾した試料のフーリエ変換赤外(FTIR)スペクトル分析の代表的な結果を示すグラフである。In Experimental Example 1, it is a graph showing representative results of Fourier transform infrared of the sample was modified TOCN in PEG-NH 2 having a molecular weight of 1000 (FTIR) spectroscopy. 実験例2において、分子量1000のPEG−NHでTOCNを修飾した試料の熱質量分析の代表的な結果を示すグラフである。In Experiment 2, it is a graph showing representative results of thermogravimetric analysis of the samples was modified TOCN in PEG-NH 2 having a molecular weight of 1000. 実験例3におけるFTIRスペクトル分析の結果を示すグラフである。10 is a graph showing the results of FTIR spectrum analysis in Experimental Example 3. 実験例4における熱質量分析の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the thermal mass spectrometry in Experimental example 4. 実験例4における熱質量分析の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the thermal mass spectrometry in Experimental example 4. 実験例5における、3−アミノ−1−プロパノール(3AP)及び2−(2−アミノエトキシ)エタノール(22AE)の熱質量分析の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the thermal mass spectrometry of 3-amino-1-propanol (3AP) and 2- (2-aminoethoxy) ethanol (22AE) in Experimental example 5. 実験例5における、PEG−NH(分子量2000)及びPNIPAm−NH(分子量2500)の熱質量分析の結果を示すグラフである。In Experimental Example 5 is a graph showing the results of thermogravimetric analysis of PEG-NH 2 (molecular weight 2000) and PNIPAm-NH 2 (molecular weight 2500). 実験例6における熱質量分析の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the thermal mass spectrometry in Experimental example 6. 実験例6の熱質量分析において、−DTGの値を算出した結果を示すグラフである。In the thermal mass spectrometry of Experimental example 6, it is a graph which shows the result of having calculated the value of -DTG. 実験例7におけるFTIRスペクトル分析の結果を示すグラフである。14 is a graph showing the results of FTIR spectrum analysis in Experimental Example 7. 実験例7における熱質量分析の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the thermal mass spectrometry in Experimental example 7. 実験例8におけるFTIRスペクトル分析の結果を示すグラフである。10 is a graph showing the results of FTIR spectrum analysis in Experimental Example 8. 実験例8における、2−アミノフルオレンの熱質量分析の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the thermal mass spectrometry of 2-aminofluorene in Experimental example 8.

[微細セルロース繊維の製造方法]
1実施形態において、本発明は、非揮発性又は難揮発性の第1級アミンを用いて、カルボキシ基を有するセルロース繊維又は微細セルロース繊維のカルボキシ基をアミド化させる工程を備えることを特徴とする微細セルロース繊維の製造方法を提供する。
[Production method of fine cellulose fiber]
In one embodiment, the present invention comprises a step of amidating a carboxy group of a cellulose fiber or a fine cellulose fiber having a carboxy group using a non-volatile or hardly volatile primary amine. A method for producing fine cellulose fibers is provided.

実施例において後述するように、発明者らは、カルボキシ基を有する微細セルロース繊維の熱分解温度が低い原因が、カルボキシ基の存在にあることを明らかにした。発明者らはまた、本実施形態の製造方法により、熱分解温度が高い微細セルロース繊維を製造することができることを明らかにした。ここで、熱分解温度が高いとは、熱安定性が向上しているといいかえることもできる。   As will be described later in Examples, the inventors have clarified that the reason for the low thermal decomposition temperature of fine cellulose fibers having a carboxy group is the presence of a carboxy group. The inventors have also clarified that fine cellulose fibers having a high thermal decomposition temperature can be produced by the production method of the present embodiment. Here, it can be said that the high thermal decomposition temperature means that the thermal stability is improved.

実施例において後述するように、カルボキシ基を有するセルロース繊維又は微細セルロース繊維のカルボキシ基のアミド化は、例えば、セルロース繊維又は微細セルロース繊維と第1級アミンとを混合し、カルボキシ基とアミノ基の間にイオン結合を形成させた後、常圧下、約150℃で1〜4時間加熱すること等により行うことができる。したがって、第1級アミンは、アミド化反応中に反応系に留まることができる化合物であることが好ましい。より具体的には、第1級アミンは非揮発性又は難揮発性であり、例えば、常圧下、約150℃で揮発しないか、揮発しにくい化合物であればよい。   As described later in Examples, the amidation of a carboxy group of a cellulose fiber or a fine cellulose fiber having a carboxy group is performed by, for example, mixing a cellulose fiber or a fine cellulose fiber and a primary amine, After forming an ionic bond between them, it can carry out by heating at about 150 degreeC under a normal pressure for 1 to 4 hours. Therefore, the primary amine is preferably a compound that can remain in the reaction system during the amidation reaction. More specifically, the primary amine is non-volatile or hardly volatile and may be any compound that does not volatilize or hardly volatilizes at about 150 ° C. under normal pressure.

上記の第1級アミンのTmaxは170℃以上であることが好ましい。本明細書において、Tmaxとは、対象試料を熱重量分析した場合の重量変化の微分値に負の符号をつけた値(−DTG)を、横軸に温度としたグラフに表した場合に、最も大きなピークに対応する温度をいうものとする。具体的には後述する。   The Tamine of the primary amine is preferably 170 ° C. or higher. In the present specification, Tmax is a value obtained by adding a negative sign to a differential value of weight change (-DTG) when the target sample is subjected to thermogravimetric analysis, and expressed as a temperature on the horizontal axis. The temperature corresponding to the largest peak shall be said. Details will be described later.

実施例において後述するように、Tmaxが170℃以上である第1級アミンを用いれば、カルボキシ基を有するセルロース繊維又は微細セルロース繊維のカルボキシ基をアミド化しやすい傾向にある。そして、カルボキシ基を有するセルロース繊維又は微細セルロース繊維のカルボキシ基がアミド化されることにより、微細セルロース繊維の熱分解温度を向上させることができる。   As will be described later in Examples, when a primary amine having a Tmax of 170 ° C. or higher is used, the carboxy group of the cellulose fiber or the fine cellulose fiber tends to be amidated. And the thermal decomposition temperature of a fine cellulose fiber can be improved by the amidation of the carboxy group of the cellulose fiber which has a carboxy group, or a fine cellulose fiber.

第1級アミンとしては、例えば、沸点が150℃以上である化合物、アミノ基を有する高分子化合物等が挙げられる。また、第1級アミン1分子中のアミノ基の数は特に制限されず、例えばモノアミンであってもよく、ジアミンであってもよく、3以上のアミノ基を有していてもよい。高分子化合物としては、例えばポリマーが挙げられ、具体的には、ポリエチレングリコール、ポリオキシアルキレン、ポリアクリルアミド、これらの共重合体等のうち、アミノ基を有するものが挙げられる。より具体的な第1級アミンとしては、例えば、下記式(1)〜(4)に示す化合物等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the primary amine include a compound having a boiling point of 150 ° C. or higher, a polymer compound having an amino group, and the like. Further, the number of amino groups in one molecule of the primary amine is not particularly limited, and may be, for example, a monoamine, a diamine, or may have three or more amino groups. Examples of the polymer compound include polymers, and specific examples include those having an amino group among polyethylene glycol, polyoxyalkylene, polyacrylamide, copolymers thereof, and the like. More specific examples of the primary amine include compounds represented by the following formulas (1) to (4). These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

Figure 2016148280
[式(1)中、mは任意の正数を表す。]
Figure 2016148280
[In Formula (1), m represents arbitrary positive numbers. ]

Figure 2016148280
[式(2)中、nは任意の正数を表す。]
Figure 2016148280
[In Formula (2), n represents arbitrary positive numbers. ]

Figure 2016148280
[式(3)中、pはそれぞれ独立に0〜4の整数を表し、qは0〜5の整数を表し、Rはそれぞれ独立に、アミノ基、ハロゲン原子又は炭素数1〜3のアルキル基を表し、Rは炭素数1〜3のアルキル基、−NH又は=Oを表し、少なくとも1つのRはアミノ基である。pが2以上の整数である場合、複数存在するRはそれぞれ同一であってもよく、異なっていてもよい。]
Figure 2016148280
[In Formula (3), p independently represents an integer of 0 to 4, q represents an integer of 0 to 5, and R 1 each independently represents an amino group, a halogen atom, or an alkyl having 1 to 3 carbon atoms. R 2 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, —NH or ═O, and at least one R 1 is an amino group. When p is an integer of 2 or more, a plurality of R 1 may be the same or different. ]

Figure 2016148280
[式(4)中、Rは水素原子、アミノ基、炭素数1〜6の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、−CHCH(CH)NH基、又は下記式(5)で表される基を表し、aはエチレンオキシドの平均付加モル数を表す正数を表し、bはプロピレンオキシドの平均付加モル数を表す正数を表し、エチレンオキシド及びプロピレンオキシドはランダム状又はブロック状に存在する。]
Figure 2016148280
[In the formula (4), R 3 represents a hydrogen atom, an amino group, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a —CH 2 CH (CH 3 ) NH 2 group, or the following formula (5 A represents a positive number representing the average number of moles of addition of ethylene oxide, b represents a positive number representing the average number of moles of addition of propylene oxide, and ethylene oxide and propylene oxide are in a random or block form Exists. ]

Figure 2016148280
[式(5)中、Rはフェニル基、水素原子、又は炭素数1〜3の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基を表し、c及びeはエチレンオキシドの平均付加モル数を表す0〜50の整数を表し、d及びfはプロピレンオキシドの平均付加モル数を表す0〜50の整数を表し、gは0又は1であり、*は結合手を表し、エチレンオキシド及びプロピレンオキシドはランダム状又はブロック状に存在する。]
Figure 2016148280
[In the formula (5), R 4 represents a phenyl group, a hydrogen atom, or a linear or branched alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and c and e represent an average number of added moles of ethylene oxide of 0 to 50. Represents an integer, d and f represent an integer of 0 to 50 representing the average number of added moles of propylene oxide, g is 0 or 1, * represents a bond, and ethylene oxide and propylene oxide are random or block Exists. ]

上記式(1)で表される化合物はメトキシポリエチレンプロピルアミン(PEG−NH)である。上記式(1)で表される化合物の分子量は、例えば1000〜5000程度であってもよい。また、上記式(2)で表される化合物は末端アミノ化ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)である。上記式(2)で表される化合物の分子量は、例えば1000〜5000程度であってもよい。The compound represented by the above formula (1) is methoxypolyethylenepropylamine (PEG-NH 2 ). The molecular weight of the compound represented by the above formula (1) may be, for example, about 1000 to 5000. The compound represented by the above formula (2) is terminal aminated poly (N-isopropylacrylamide). The molecular weight of the compound represented by the above formula (2) may be, for example, about 1000 to 5000.

上記式(3)で表される化合物の具体例としては、例えば実施例において後述する2−アミノフルオレン等が挙げられる。上記式(3)で表される化合物は、比較的低分子であるため、セルロース繊維又は微細セルロース繊維と混合しやすい傾向にある。   Specific examples of the compound represented by the above formula (3) include 2-aminofluorene described later in Examples. Since the compound represented by the formula (3) is a relatively low molecule, it tends to be easily mixed with cellulose fibers or fine cellulose fibers.

上記式(4)で表される化合物の具体例としては、HUNTSMAN社製のJeffamine M−2070、Jeffamine M−2005、Jeffamine M−1000、Surfoamine B200、Surfoamine L100、Surfoamine L200、Surfoamine L207,Surfoamine L300、XTJ−501、XTJ−506、XTJ−507、XTJ―508;BASF社製のM3000、Jeffamine ED−900、Jeffamine ED−2003、Jeffamine D−2000、Jeffamine D−4000、XTJ−510、Jeffamine T−3000、JeffamineT−5000、XTJ−502、XTJ−509、XTJ−510等が挙げられる。   Specific examples of the compound represented by the formula (4) include Jeffamine M-2070, Jeffamine M-2005, Jeffamine M-1000, Surfamine B200, Surfamine L100, Surfamine L200, Surfamine L200, Surfamine L200, Surfamine L200, Surfamine L200, Surfamine L200, Surfamine L200, and Surfamine L200. XTJ-501, XTJ-506, XTJ-507, XTJ-508; M3000 manufactured by BASF, Jeffamine ED-900, Jeffamine ED-2003, Jeffamine D-2000, Jeffamine D-4000, XTJ-510, Jeff-3 000 , Jeffamine T-5000, XTJ-502, XTJ-509, X J-510 and the like.

[樹脂組成物の製造方法]
1実施形態において、本発明は、カルボキシ基を有するセルロース繊維又は微細セルロース繊維と、非揮発性又は難揮発性の第1級アミンとを混合し、混合物を得る工程と、前記混合物及び樹脂を溶融混練する工程と、を備えることを特徴とする樹脂組成物の製造方法を提供する。
[Method for Producing Resin Composition]
In one embodiment, the present invention includes a step of mixing a cellulose fiber or fine cellulose fiber having a carboxy group and a non-volatile or hardly volatile primary amine to obtain a mixture, and melting the mixture and the resin. And a kneading step. A method for producing a resin composition is provided.

従来の微細セルロース繊維は熱分解温度が低いため、樹脂との溶融混練温度で分解してしまい、所望の特性を有する樹脂組成物を得ることができない場合があった。また、微細セルロース繊維の分解の過程で二酸化炭素等のガスを発生してしまい、樹脂組成物の製造に支障が生じる場合があった。   Since the conventional fine cellulose fiber has a low thermal decomposition temperature, it may be decomposed at a melt-kneading temperature with a resin, and a resin composition having desired characteristics may not be obtained. In addition, gas such as carbon dioxide is generated in the process of decomposing fine cellulose fibers, which may hinder the production of the resin composition.

これに対し、本実施形態の製造方法によれば、微細セルロース繊維の有利な特性により改質された樹脂組成物を製造することができる。本実施形態の製造方法をより詳細に説明する。まず、カルボキシ基を有するセルロース繊維又は微細セルロース繊維と、非揮発性又は難揮発性の第1級アミンとを混合し、混合物を得る。この過程において、セルロース繊維又は微細セルロース繊維に含まれるカルボキシ基と第1級アミンが有するアミノ基とがイオン結合を形成する。   On the other hand, according to the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to manufacture a resin composition modified by advantageous characteristics of fine cellulose fibers. The manufacturing method of this embodiment will be described in more detail. First, a cellulose fiber or fine cellulose fiber having a carboxy group and a non-volatile or hardly volatile primary amine are mixed to obtain a mixture. In this process, the carboxy group contained in the cellulose fiber or fine cellulose fiber and the amino group of the primary amine form an ionic bond.

続いて、上記の混合物及び樹脂を溶融混練する工程において、上記のカルボキシ基とアミノ基が加熱されて反応し、アミド結合を形成する。この結果、微細セルロース繊維の熱分解温度が上昇し、樹脂との溶融混練温度で分解することなく樹脂と溶融することが可能になる。   Subsequently, in the step of melt-kneading the mixture and the resin, the carboxy group and the amino group are heated and reacted to form an amide bond. As a result, the thermal decomposition temperature of the fine cellulose fibers is increased, and the resin can be melted without being decomposed at the melt kneading temperature with the resin.

本実施形態の製造方法によれば、樹脂組成物の製造工程において、同時に微細セルロース繊維の熱分解温度を向上させることができるため、樹脂組成物の製造を効率よく行うことができる。   According to the production method of the present embodiment, since the thermal decomposition temperature of the fine cellulose fibers can be simultaneously improved in the production process of the resin composition, the resin composition can be produced efficiently.

樹脂としては、特に制限されず、例えば、ポリカーボネート樹脂;ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル樹脂;ポリスチレン樹脂、高衝撃ポリスチレン樹脂(HIPS)、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、アクリロニトリル−スチレン−アクリルゴム共重合体(ASA樹脂)、アクリロニトリル−エチレンプロピレン系ゴム−スチレン共重合体(AES樹脂)等のスチレン系樹脂;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン樹脂;ポリアミド樹脂;ポリイミド樹脂;ポリエーテル樹脂;ポリウレタン樹脂;ポリフェニレンエーテル樹脂;ポリフェニレンサルファイド樹脂;ポリスルホン樹脂;ポリメタクリレート樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   The resin is not particularly limited. For example, polycarbonate resin; polyester resin such as polyethylene terephthalate resin, polytrimethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin; polystyrene resin, high impact polystyrene resin (HIPS), acrylonitrile-styrene copolymer Styrene (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), acrylonitrile-styrene-acrylic rubber copolymer (ASA resin), acrylonitrile-ethylenepropylene rubber-styrene copolymer (AES resin), etc. Polyolefin resin; Polyethylene resin; Polyimide resin; Polyether resin; Polyurethane resin; Polyphenylene ether resin; Sulfide resins; polysulfone resins; polymethacrylate resins. These resins may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態の製造方法において、第1級アミンのTmaxは170℃以上であることが好ましい。Tmaxについては上述したものと同様である。第1級アミンのTmaxが170℃以上であることにより、微細セルロース繊維の熱分解温度を向上させやすくなる傾向にある。   In the manufacturing method of this embodiment, it is preferable that Tmax of a primary amine is 170 degreeC or more. Tmax is the same as described above. When the Tmax of the primary amine is 170 ° C. or higher, the thermal decomposition temperature of the fine cellulose fibers tends to be improved.

[微細セルロース繊維]
1実施形態において、本発明は、カルボキシ基の一部又は全部がアミド化されている微細セルロース繊維であって、熱分解温度がカルボキシ基を有する微細セルロース繊維よりも高い温度であることを特徴とする微細セルロース繊維を提供する。
[Fine cellulose fiber]
In one embodiment, the present invention is a fine cellulose fiber in which part or all of the carboxy group is amidated, and the thermal decomposition temperature is higher than that of the fine cellulose fiber having a carboxy group. A fine cellulose fiber is provided.

本実施形態の微細セルロース繊維は、熱分解温度が向上しているため、様々な用途に応用することが容易である。本実施形態の微細セルロース繊維は、例えば熱分解温度が250℃以上であってもよく、280℃以上であってもよく、290℃以上であってもよい。   Since the fine cellulose fiber of this embodiment has improved thermal decomposition temperature, it can be easily applied to various applications. For example, the fine cellulose fiber of this embodiment may have a thermal decomposition temperature of 250 ° C. or higher, 280 ° C. or higher, or 290 ° C. or higher.

また、本実施形態の微細セルロース繊維において、カルボキシ基及びアミド基の合計に対するアミド基の割合は80モル%以上であることが好ましく、90モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることが好ましく、100モル%であることが特に好ましい。微細セルロース繊維中のカルボキシ基及びアミド基の量は、例えば、フーリエ変換赤外(FTIR)スペクトル分析により測定することができる。   In the fine cellulose fiber of the present embodiment, the ratio of the amide group to the total of the carboxy group and the amide group is preferably 80 mol% or more, preferably 90 mol% or more, and 95 mol% or more. It is particularly preferable that the amount is 100 mol%. The amount of carboxy group and amide group in the fine cellulose fiber can be measured by, for example, Fourier transform infrared (FTIR) spectrum analysis.

[樹脂組成物及び成形体]
1実施形態において、本発明は、上記の微細セルロース繊維を含有する樹脂組成物を提供する。本実施形態の樹脂組成物は微細セルロース繊維により改質されており、例えば強度の向上、軽量化等の優れた特性を示すことができる。
[Resin composition and molded body]
In one embodiment, the present invention provides a resin composition containing the fine cellulose fiber described above. The resin composition of the present embodiment is modified with fine cellulose fibers, and can exhibit excellent characteristics such as improvement in strength and weight reduction, for example.

1実施形態において、本発明は、上記の樹脂組成物を含有することを特徴とする成形体を提供する。本実施形態の成形体は、材料である樹脂組成物が微細セルロース繊維により改質されているため、優れた特性を示すことができる。   In one embodiment, the present invention provides a molded article comprising the above resin composition. Since the resin composition which is a material is modified with fine cellulose fibers, the molded body of this embodiment can exhibit excellent characteristics.

次に実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.

[材料及び方法]
(材料)
一度も乾燥されていない、針葉樹晒しクラフトパルプ(日本製紙株式会社製)を使用した。当該パルプは約90%のセルロース及び約10%のヘミセルロースを含有していた。2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルラジカル(TEMPO)、臭化ナトリウム、1.77M次亜塩素酸ナトリウム溶液及び水素化ホウ素ナトリウムは和光純薬工業株式会社より購入した。ポリエチレングリコール(PEG 20H、2000g/mol)、分子量1000(10H)、2000(20H)、5000(50H)のメトキシポリエチレングリコールプロピルアミン(PEG−NH、化学式:CHO−(CHCHO)−CHCHCHNH)は日油株式会社より購入した。ポリエチレングリコール(PEG 200H、2×10g/mol)は和光純薬工業株式会社より購入した。ポリエチレンオキシド(PEO 10000H、1×10g/mol)はシグマアルドリッチ社より購入した。
[Materials and methods]
(material)
Softwood bleached kraft pulp (manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.), which has never been dried, was used. The pulp contained about 90% cellulose and about 10% hemicellulose. 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl radical (TEMPO), sodium bromide, 1.77M sodium hypochlorite solution and sodium borohydride were purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Methoxypolyethyleneglycolpropylamine (PEG-NH 2 , chemical formula: CH 3 O— (CH 2 CH 2 O) with polyethylene glycol (PEG 20H, 2000 g / mol), molecular weight 1000 (10H), 2000 (20H), 5000 (50H) ) n -CH 2 CH 2 CH 2 NH 2) was purchased from NOF Corporation. Polyethylene glycol (PEG 200H, 2 × 10 4 g / mol) was purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Polyethylene oxide (PEO 10000H, 1 × 10 6 g / mol) was purchased from Sigma-Aldrich.

(TOCNs)
TOCNsは、セルロース1gあたり10mmolのNaClOを用いたTEMPO/NaBr/NaClO系により調製した。TEMPOによる酸化はpH10で4時間行った。脱イオン水による洗浄後、TEMPOにより酸化されたセルロース(TOC)を、水中、pH10の条件下でNaBH(パルプ1gあたり0.1g)で還元し、残存したアルデヒド及びケトンをヒドロキシル基に変換した。その後、ろ過及び遠心を行い脱イオン水で十分に洗浄した。
(TOCNs)
TOCNs were prepared by the TEMPO / NaBr / NaClO system using 10 mmol NaClO / g cellulose. Oxidation with TEMPO was performed at pH 10 for 4 hours. After washing with deionized water, cellulose (TOC) oxidized by TEMPO was reduced with NaBH 4 (0.1 g / g of pulp) in water at pH 10 to convert the remaining aldehydes and ketones to hydroxyl groups. . Thereafter, filtration and centrifugation were performed, and the product was sufficiently washed with deionized water.

得られたTOCを導電率滴定で測定した結果、1.56mmol/gのカルボキシル基を含有していた。TOCを100mLの水に0.1%w/wで懸濁し、ダブルシリンダー型のホモジナイザー(型式「ヒストコロン」、マイクロテック・ニチオン社)を用いて、室温、10000rpmで2分間ホモジナイズした。   As a result of measuring the obtained TOC by conductivity titration, it contained 1.56 mmol / g carboxyl group. TOC was suspended in 100 mL of water at 0.1% w / w, and homogenized at room temperature and 10,000 rpm for 2 minutes using a double cylinder type homogenizer (model “Histcolon”, Microtech Nichion).

続いて、懸濁液を300Wの超音波ホモジナイザー(型式「US−300T」、プローブチップの直径26mm、19.5kHz、株式会社日本精機製作所)を用いて約70%の出力で10分間超音波処理した。   Subsequently, the suspension was sonicated for 10 minutes at an output of about 70% using a 300 W ultrasonic homogenizer (model “US-300T”, probe tip diameter 26 mm, 19.5 kHz, Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.). did.

続いて、9000rpmで20分間遠心し、懸濁液に含まれる線維化されなかった画分を除去し、TOCN懸濁液を得た。   Subsequently, the mixture was centrifuged at 9000 rpm for 20 minutes, and the non-fibrotic fraction contained in the suspension was removed to obtain a TOCN suspension.

続いて、TOCN懸濁液に1M塩酸を添加して30分間撹拌し(pH1以下)、遊離のカルボキシ基を有するTOCNsを得た。   Subsequently, 1M hydrochloric acid was added to the TOCN suspension and stirred for 30 minutes (pH 1 or less) to obtain TOCNs having a free carboxy group.

(TOCNsの修飾)
TOCNsへのPEG−NHのカップリングは、室温で水系溶媒中で実施した。TOCNsのカルボキシ基とPEG−NHのプロトン化したアミン基との間のイオン結合の形成は、0.1wt%のTOCN懸濁液及びPEG−NHを異なるカルボキシ基:アミンのモル比、すなわち、1:1、1:2及び1:4で混合することにより実施した。懸濁液は、室温で2時間懸濁した。反応後、洗浄工程は行わなかった。
(Modification of TOCNs)
Coupling of PEG-NH 2 to TOCNs was performed in an aqueous solvent at room temperature. The formation of an ionic bond between the carboxy group of TOCNs and the protonated amine group of PEG-NH 2 results in a 0.1 wt% TOCN suspension and PEG-NH 2 having a different carboxy group: amine molar ratio, ie Performed by mixing 1: 1, 1: 2, and 1: 4. The suspension was suspended at room temperature for 2 hours. No washing step was performed after the reaction.

(解析)
修飾したTOCN懸濁液をペトリ皿にキャストし、40℃に設定したオーブン中で3〜4日乾燥させることにより、修飾したTOCNフィルムを作製した。
(analysis)
The modified TOCN suspension was cast into a Petri dish and dried in an oven set at 40 ° C. for 3-4 days to produce a modified TOCN film.

フィルムのフーリエ変換赤外(FTIR)スペクトルは、フーリエ変換赤外分光光度計(型式「FT/IR−6100」、JASCO社)を用いてトランスミッションモード、400〜4000cm−1、解像度4cm−1で測定した。Fourier transform infrared film (FTIR) spectra, transmission mode using a Fourier transform infrared spectrophotometer (Model "FT / IR-6100", JASCO Corporation), 400~4000cm -1, measured with a resolution 4 cm -1 did.

フィルムの熱重量分析(TGA)は、示差熱天秤(型式「TG8120」、株式会社リガク)により実施した。少なくとも2mgのフィルム試料をプラチナパンにセットした。PEG−NH粉末については、臭化カリウムと混合して細かく破砕してKBrペレットを作製して測定を行った。The thermogravimetric analysis (TGA) of the film was carried out using a differential thermal balance (model “TG8120”, Rigaku Corporation). At least 2 mg of film sample was set in a platinum pan. The PEG-NH 2 powder was mixed with potassium bromide and finely crushed to prepare KBr pellets and measured.

熱質量分析は、窒素雰囲気下で30〜600℃、加熱レート2、5又は10℃/分で行った。加熱によるイオン結合のアミド結合への変換は、TGA及びFTIRスペクトルにより解析した。フィルムサンプルは、まず、窒素雰囲気下で、TGAを用いて150℃で2又は4時間加熱した。続いて、完全に乾燥したことが確認されたフィルムを臭化カリウムと混合して細かく破砕し、KBrペレットを作製した。   Thermal mass spectrometry was performed at 30 to 600 ° C. at a heating rate of 2, 5 or 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere. The conversion of ionic bonds to amide bonds by heating was analyzed by TGA and FTIR spectra. The film sample was first heated at 150 ° C. for 2 or 4 hours with TGA under a nitrogen atmosphere. Subsequently, the film that was confirmed to be completely dried was mixed with potassium bromide and finely crushed to produce KBr pellets.

続いて、得られたKBrペレットを用いて、上記の条件下でFTIRスペクトル解析を行った。1試料に付き少なくとも3回の測定を行い再現性を確認した。   Subsequently, using the obtained KBr pellet, FTIR spectrum analysis was performed under the above conditions. The reproducibility was confirmed by measuring at least 3 times per sample.

[実験例1]
分子量1000(10H)、2000(20H)及び5000(50H)のPEG−NHを0.1wt%の水系溶媒中に懸濁したTOCN分散液と混合した。カルボキシ基とアミンのモル比を1:1〜1:4に変化させた。混合液のpHは、添加したPEG−NHの量に依存して7〜9であった。TOCNの調製に使用した、TEMPOにより酸化されたセルロース(TOC)のカルボキシ基の含有量は、1.56mmol/gであった。2時間撹拌した後、各懸濁液を用いてキャスト法により透明なTOCN/PEG−NHフィルムを作製した。
[Experimental Example 1]
PEG-NH 2 having a molecular weight of 1000 (10H), 2000 (20H) and 5000 (50H) was mixed with a TOCN dispersion suspended in 0.1 wt% aqueous solvent. The molar ratio of carboxy group to amine was changed from 1: 1 to 1: 4. PH of the mixture was 7-9 depending on the amount of PEG-NH 2 was added. The content of carboxy groups in cellulose oxidized by TEMPO (TOC) used for the preparation of TOCN was 1.56 mmol / g. After stirring for 2 hours, a transparent TOCN / PEG-NH 2 film was produced by casting using each suspension.

図1は、一例として、分子量1000のPEG−NHでTOCNを修飾した試料のFTIRスペクトル分析の代表的な結果を示すグラフである。図1中、TOCNは、PEG−NHを混合していないTOCNの結果を示し、TOCN/PEG−NH(完全変換)は、COOH基が完全にCOO基に変換した試料の結果を示し、TOCN/PEG−NH(不完全変換)は、約COOH基の20〜25%が残存している試料の結果を示す。その結果、図1に示すように、TOCNのFTIRスペクトルには、セルロースのピークに加えて1720cm−1のCOOH基(プロトン化したカルボキシ基)のピークが検出された。FIG. 1 is a graph showing representative results of FTIR spectrum analysis of a sample in which TOCN is modified with PEG-NH 2 having a molecular weight of 1000 as an example. In FIG. 1, TOCN indicates the result of TOCN not mixed with PEG-NH 2 , and TOCN / PEG-NH 2 (complete conversion) indicates the result of the sample in which the COOH group is completely converted to the COO group. , TOCN / PEG-NH 2 (incomplete conversion) shows the results of samples 20-25% to about COOH group is remained. As a result, as shown in FIG. 1, a peak of 1720 cm −1 COOH group (protonated carboxy group) was detected in addition to the cellulose peak in the FTIR spectrum of TOCN.

PEG−NHと混合した結果、TOCNのCOOH基のピークは1600cm−1にシフトした。また、1600cm−1のピークは、COO基(カルボキシ基)に対応することが明らかとなった。As a result of mixing with PEG-NH 2 , the peak of the COOH group of TOCN shifted to 1600 cm −1 . Further, it was revealed that the peak at 1600 cm −1 corresponds to a COO group (carboxy group).

したがって、TOCNのCOOH基のほぼすべてが、アンモニウム塩型の構造であるCOO基に変換したことが明らかとなった。これは、TOCNとPEG−NHとの間にイオン結合が形成された結果である。Therefore, it became clear that almost all of the COOH groups of TOCN were converted to COO groups having an ammonium salt structure. This is a result of ionic bonds are formed between the TOCN and PEG-NH 2.

この結果から、上記の方法により、イオン結合の形成によるTOCNへのPEG−NHのカップリングが成功したことが確認された。From this result, it was confirmed that the coupling of PEG-NH 2 to TOCN by the formation of an ionic bond was successful by the above method.

[実験例2]
続いて、実験例1のTOCN/PEG−NHフィルム試料の熱重量分析(TGA)を行った。図2は、一例として、分子量1000のPEG−NHでTOCNを修飾した試料の熱質量分析の代表的な結果を示すグラフである。図2中、TOCNは、PEG−NHを混合していないTOCNの結果を示し、TOCN/PEG−NH(完全変換)は、COOH基が完全にCOO基に変換した試料の結果を示し、TOCN/PEG−NH(不完全変換)は、約COOH基の20〜25%が残存している試料の結果を示す。また、−DTGは、重量変化の微分値に負の符号をつけた値である。−DTGのピークにおける温度をTmaxとする。
[Experiment 2]
Subsequently, the thermogravimetric analysis (TGA) of the TOCN / PEG-NH 2 film sample of Experimental Example 1 was performed. FIG. 2 is a graph showing representative results of thermal mass spectrometry of a sample in which TOCN is modified with PEG-NH 2 having a molecular weight of 1000 as an example. In Figure 2, TOCn shows the results of TOCn unmixed with PEG-NH 2, TOCN / PEG -NH 2 ( complete conversion) is, COOH group is completely COO - shows the results of the samples converted based on , TOCN / PEG-NH 2 (incomplete conversion) shows the results of samples 20-25% to about COOH group is remained. -DTG is a value obtained by adding a negative sign to the differential value of weight change. -Let Tmax be the temperature at the peak of DTG.

また、表1に、解析した各サンプルにおける、試料の重量が3%減少した温度(T3%)、試料の重量が5%減少した温度(T5%)、試料の重量が10%減少した温度(T10%)、及びTmaxの値をまとめた。Table 1 shows the temperature at which the weight of the sample was reduced by 3% (T 3% ), the temperature at which the weight of the sample was reduced by 5% (T 5% ), and the weight of the sample by 10%. The temperature (T 10% ) and Tmax values are summarized.

その結果、図2及び表1に示すように、TOCNへのPEG−NHのカップリングはTOCNの熱安定性を向上させた。より具体的には、TOCNへのPEG−NHのカップリングにより、未修飾のTOCNと比較してTmaxが80〜90℃上昇した。また、加熱レート2、5、10℃/分のいずれの条件で実験した場合においても同様の傾向が認められた。As a result, as shown in FIG. 2 and Table 1, the coupling of PEG-NH 2 to TOCN improved the thermal stability of TOCN. More specifically, the coupling of PEG-NH 2 to TOCN increased Tmax by 80-90 ° C. compared to unmodified TOCN. In addition, the same tendency was observed when the experiment was conducted under any of the heating rates of 2, 5, and 10 ° C./min.

なお、発明者らが実験した結果、PEG−NH(10H、20H及び50H)のみの試料の熱分解温度は300〜350℃であった。In addition, as a result of experiments by the inventors, the thermal decomposition temperature of the sample containing only PEG-NH 2 (10H, 20H, and 50H) was 300 to 350 ° C.

Figure 2016148280
Figure 2016148280

[実験例3]
TOCNに第1級アミンをCOOH:NHのモル比が1:1となるように混合し、実験例1と同様にしてTOCNのフィルムを作製し、イオン結合の形成を検討した。第1級アミンとしては、3−アミノ−1−プロパノール(3AP、下記式(6))、2−(2−アミノエトキシ)エタノール(22AE、下記式(7))、PEG−NH(分子量2000、下記式(8))及びPNIPAm−NH(分子量2500、下記式(9))を使用した。
[Experiment 3]
A primary amine was mixed with TOCN so that the molar ratio of COOH: NH 2 was 1: 1, and a film of TOCN was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 to examine the formation of ionic bonds. As the primary amine, 3-amino-1-propanol (3AP, the following formula (6)), 2- (2-aminoethoxy) ethanol (22AE, the following formula (7)), PEG-NH 2 (molecular weight 2000) The following formula (8)) and PNIPAm-NH 2 (molecular weight 2500, the following formula (9)) were used.

Figure 2016148280
Figure 2016148280

Figure 2016148280
Figure 2016148280

Figure 2016148280
[式(1)中、mは分子量2000となる正数を表す。]
Figure 2016148280
[In the formula (1), m represents a positive number having a molecular weight of 2000. ]

Figure 2016148280
[式(2)中、nは分子量2500となる正数を表す。]
Figure 2016148280
[In formula (2), n represents a positive number with a molecular weight of 2500. ]

続いて、実験例1と同様にして、各フィルムのFTIRスペクトル分析を行った。図3は、FTIRスペクトル分析の結果を示すグラフである。図3中、TOCNはTOCNのみのフィルムの結果であり、TOCN/3APはTOCNと3−アミノ−1−プロパノールを混合して作製したフィルムの結果であり、TOCN/22AEはTOCNと2−(2−アミノエトキシ)エタノールを混合して作製したフィルムの結果であり、TOCN/PEG−NHはTOCNとPEG−NHを混合して作製したフィルムの結果であり、TOCN/PNIPAm−NHはTOCNとPNIPAm−NHを混合して作製したフィルムの結果である。Subsequently, each film was subjected to FTIR spectrum analysis in the same manner as in Experimental Example 1. FIG. 3 is a graph showing the results of FTIR spectrum analysis. In FIG. 3, TOCN is the result of the film of only TOCN, TOCN / 3AP is the result of the film prepared by mixing TOCN and 3-amino-1-propanol, and TOCN / 22AE is the result of TOCN and 2- (2 -Aminoethoxy) The result of the film prepared by mixing ethanol, TOCN / PEG-NH 2 is the result of the film prepared by mixing TOCN and PEG-NH 2 , and TOCN / PNIPAm-NH 2 is the content of TOCN the result of that produced by mixing PNIPAm-NH 2 film.

その結果、図3に示すように、PNIPAm−NH以外のいずれの第1級アミンを使用した場合においても、TOCNのカルボキシ基とアミンとの間でイオン結合が形成されたことが確認された。なお、PNIPAm−NHを用いた場合においては、ピークの重なりにより、イオン結合の形成をFTIRスペクトルの結果化から確認することはできなかった。As a result, as shown in FIG. 3, it was confirmed that an ionic bond was formed between the carboxy group of TOCN and the amine when any primary amine other than PNIPAm-NH 2 was used. . When PNIPAm-NH 2 was used, the formation of ionic bonds could not be confirmed from the result of the FTIR spectrum due to the overlap of peaks.

[実験例4]
実験例3の各フィルムについて、実験例2と同様にして熱質量分析を行った。図4は、TOCNのみのフィルム(TOCN)、TOCNと3−アミノ−1−プロパノールを混合して作製したフィルム(TOCN/3AP)、TOCNと2−(2−アミノエトキシ)エタノールを混合して作製したフィルム(TOCN/22AE)の熱質量分析の結果を示すグラフである。加熱レートは2℃/分で測定した。また、図5は、TOCNのみのフィルム(TOCN)、TOCNとPEG−NHを混合して作製したフィルム(TOCN/PEG−NH)、TOCNとPNIPAm−NHを混合して作製したフィルム(TOCN/PNIPAm−NH)の熱質量分析の結果を示すグラフである。加熱レートは2℃/分で測定した。
[Experimental Example 4]
Each film of Experimental Example 3 was subjected to thermal mass spectrometry in the same manner as Experimental Example 2. FIG. 4 shows a TOCN-only film (TOCN), a film prepared by mixing TOCN and 3-amino-1-propanol (TOCN / 3AP), and a mixture of TOCN and 2- (2-aminoethoxy) ethanol. It is a graph which shows the result of the thermal mass spectrometry of the film (TOCN / 22AE) which was made. The heating rate was measured at 2 ° C./min. FIG. 5 shows a film made only of TOCN (TOCN), a film prepared by mixing TOCN and PEG-NH 2 (TOCN / PEG-NH 2 ), and a film prepared by mixing TOCN and PNIPAm-NH 2 ( is a graph showing the results of thermogravimetric analysis of TOCN / PNIPAm-NH 2). The heating rate was measured at 2 ° C./min.

その結果、第1級アミンとして3−アミノ−1−プロパノール、2−(2−アミノエトキシ)エタノールを用いた場合においては、TOCNの熱安定性の向上は認められなかった。これに対し、第1級アミンとしてPEG−NH、PNIPAm−NHを使用した場合においてはTOCNのみのフィルムと比較して熱安定性の向上が認められた。As a result, when 3-amino-1-propanol and 2- (2-aminoethoxy) ethanol were used as the primary amine, no improvement in the thermal stability of TOCN was observed. On the other hand, when PEG-NH 2 or PNIPAm-NH 2 was used as the primary amine, an improvement in thermal stability was recognized as compared with the film containing only TOCN.

[実験例5]
実験例2と同様にして、3−アミノ−1−プロパノール、2−(2−アミノエトキシ)エタノール、PEG−NH(分子量2000)及びPNIPAm−NH(分子量75.11)の熱質量分析を行い、Tmaxを測定した。図6は、3−アミノ−1−プロパノール(3AP)及び2−(2−アミノエトキシ)エタノール(22AE)の熱質量分析の結果を示すグラフである。加熱レートは2℃/分で測定した。また、図7は、PEG−NH(分子量2000)及びPNIPAm−NH(分子量2500)の熱質量分析の結果を示すグラフである。加熱レートは2℃/分で測定した。
[Experimental Example 5]
In the same manner as in Experimental Example 2, thermal mass spectrometry of 3-amino-1-propanol, 2- (2-aminoethoxy) ethanol, PEG-NH 2 (molecular weight 2000) and PNIPAm-NH 2 (molecular weight 75.11) was performed. And Tmax was measured. FIG. 6 is a graph showing the results of thermal mass spectrometry of 3-amino-1-propanol (3AP) and 2- (2-aminoethoxy) ethanol (22AE). The heating rate was measured at 2 ° C./min. FIG. 7 is a graph showing the results of thermal mass spectrometry of PEG-NH 2 (molecular weight 2000) and PNIPAm-NH 2 (molecular weight 2500). The heating rate was measured at 2 ° C./min.

その結果、3−アミノ−1−プロパノールのTmaxは約100℃であり、2−(2−アミノエトキシ)エタノールのTmaxは約160℃であることが明らかとなった。また、PEG−NH(分子量2000)及びPNIPAm−NH(分子量2500)のTmaxは、いずれも約370℃であることが明らかとなった。As a result, it was revealed that the Tmax of 3-amino-1-propanol was about 100 ° C., and the Tmax of 2- (2-aminoethoxy) ethanol was about 160 ° C. Further, Tmax of PEG-NH 2 (molecular weight 2000) and PNIPAm-NH 2 (molecular weight 2500), it became clear both about 370 ° C..

[実験例6]
TOCNに、アミノ基を有しないポリエチレングリコール(PEG 200H、分子量20000)及びアミノ基を有しないポリオキシエチレン(PEO 10000H、分子量1000000)を、モル比がそれぞれ1:2となるように混合し、実験例1と同様にしてTOCNのフィルムを作製した。
[Experimental Example 6]
Polyethylene glycol having no amino group (PEG 200H, molecular weight 20000) and polyoxyethylene having no amino group (PEO 10000H, molecular weight 1000000) were mixed with TOCN so that the molar ratio was 1: 2, respectively. A TOCN film was prepared in the same manner as in Example 1.

続いて、実験例2と同様にして、PEG 200Hのみ、PEO 10000Hのみ、及び作製した各フィルムの熱質量分析を行った。加熱レートは2℃/分で測定した。   Subsequently, in the same manner as in Experimental Example 2, PEG 200H alone, PEO 10000H alone, and each of the produced films were subjected to thermal mass analysis. The heating rate was measured at 2 ° C./min.

図8は、熱質量分析の結果を示すグラフである。また、図9は、−DTGの値を算出した結果を示すグラフである。図8及び図9中、PEGはPEG 200Hのみの結果を示し、PEOはPEO 10000Hのみの結果を示し、TOCN/PEGはTOCNとPEG 200Hを混合して作製したフィルムの結果を示し、TOCN/PEOはTOCNとPEO 10000Hを混合して作製したフィルムの結果を示す。その結果、いずれのフィルムにおいても熱安定性の向上は認められなかった。この結果は、TOCNの熱安定性を向上させるためにはアミノ基の存在が必要であることを示す。   FIG. 8 is a graph showing the results of thermal mass spectrometry. FIG. 9 is a graph showing the result of calculating the value of -DTG. 8 and 9, PEG shows the result of PEG 200H only, PEO shows the result of PEO 10000H only, TOCN / PEG shows the result of the film prepared by mixing TOCN and PEG 200H, and TOCN / PEO Shows the result of a film prepared by mixing TOCN and PEO 10000H. As a result, no improvement in thermal stability was observed in any film. This result indicates that the presence of an amino group is necessary to improve the thermal stability of TOCN.

[実験例7]
TOCNにPNIPAm−NH(分子量2500)をCOOH:NHのモル比が1:0.25、1:0.5及び1:1となるように混合し、実験例1と同様にしてTOCNのフィルムを作製し、イオン結合の形成を検討した。
[Experimental Example 7]
TOCN was mixed with PNIPAm-NH 2 (molecular weight 2500) so that the molar ratios of COOH: NH 2 were 1: 0.25, 1: 0.5, and 1: 1. Films were prepared and ionic bond formation was studied.

図10は、FTIRスペクトル分析の結果を示すグラフである。その結果、COOH:NHのモル比が1:0.25及び1:0.5の試料においては、COOH基のピークが認められた。この結果は、COOH基とアミンとのイオン結合が不十分であり、COOH基が残存していることを示す。FIG. 10 is a graph showing the results of FTIR spectrum analysis. As a result, COOH group peaks were observed in the samples having a COOH: NH 2 molar ratio of 1: 0.25 and 1: 0.5. This result indicates that the ionic bond between the COOH group and the amine is insufficient and the COOH group remains.

続いて、各フィルムについて、実験例2と同様にして熱質量分析を行った。図11は、熱質量分析の結果を示すグラフである。加熱レートは2℃/分で測定した。その結果、COOHに対するNHのモル比が上昇するにつれて、220〜230℃付近に存在する−DTGのピークが減少することが明らかとなった。この結果は、TOCNの熱安定性を向上させるためには、COOH基を完全にアミンとイオン結合させることが重要であることを示す。Subsequently, thermal mass spectrometry was performed on each film in the same manner as in Experimental Example 2. FIG. 11 is a graph showing the results of thermal mass spectrometry. The heating rate was measured at 2 ° C./min. As a result, it became clear that as the molar ratio of NH 2 to COOH increases, the peak of -DTG present in the vicinity of 220 to 230 ° C. decreases. This result shows that it is important to completely ionize the COOH group with the amine in order to improve the thermal stability of TOCN.

[実験例8]
TOCNに2−アミノフルオレン(2AF)を混合し、水系溶媒の代わりに水:イソプロパノールの1:1(質量比)混合液を使用した点以外は実験例1と同様にしてTOCNのフィルム(TOCN/2AF)を作製した。また、作製したフィルムの一部を窒素雰囲気下、150℃で4時間加熱した。2−アミノフルオレンの化学式を下記式(10)に示す。
[Experimental Example 8]
A TOCN film (TOCN / TOC) was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that 2-aminofluorene (2AF) was mixed with TOCN, and a 1: 1 (mass ratio) mixture of water and isopropanol was used instead of the aqueous solvent. 2AF). A part of the produced film was heated at 150 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. The chemical formula of 2-aminofluorene is shown in the following formula (10).

Figure 2016148280
Figure 2016148280

続いて、実験例1と同様にして、TOCNフィルム、TOCN/2AFフィルム(加熱前)及びTOCN/2AFフィルム(加熱後)のFTIRスペクトル分析を行った。図12は、FTIRスペクトル分析の結果を示すグラフである。その結果、図12に示すように、TOCN/2AFフィルム(加熱前)では、1720cm−1のCOOH基のピークの一部が1600cm−1のCOO基のピークにシフトしたことが明らかとなった。これは、2−アミノフルオレンとの混合により、TOCNのカルボキシ基と2ーアミノフルオレンのアミノ基がイオン結合を形成したことを示す。Subsequently, in the same manner as in Experimental Example 1, FTIR spectrum analysis was performed on the TOCN film, the TOCN / 2AF film (before heating), and the TOCN / 2AF film (after heating). FIG. 12 is a graph showing the results of FTIR spectrum analysis. As a result, as shown in FIG. 12, the TOCn / 2AF film (before heating), a portion of the peaks of the COOH groups of 1720 cm -1 is COO of 1600 cm -1 - revealed that shifted to the peak of the group . This shows that the carboxy group of TOCN and the amino group of 2-aminofluorene formed an ionic bond by mixing with 2-aminofluorene.

更に、TOCN/2AFフィルム(加熱後)では、1600cm−1のCOO基のピークが1550cm−1及び1650cm−1の2つのピークにシフトしたことが明らかとなった。また、1550cm−1及び1650cm−1のピークは、いずれもアミド結合のピークであることが明らかとなった。この結果は、2−アミノフルオレンをTOCNの熱安定性の向上に使用できることを示す。Furthermore, the TOCn / 2AF film (after heating), COO of 1600 cm -1 - peak groups revealed that shifted into two peaks of 1550 cm -1 and 1650 cm -1. Moreover, it was revealed that the peaks at 1550 cm −1 and 1650 cm −1 are both amide bond peaks. This result indicates that 2-aminofluorene can be used to improve the thermal stability of TOCN.

[実験例9]
実験例2と同様にして、2−アミノフルオレン(粉末)の熱質量分析を行い、Tmaxを測定した。図13は、2−アミノフルオレンの熱質量分析の結果を示すグラフである。加熱レートは2℃/分で測定した。その結果、2−アミノフルオレンのTmaxは約232℃であることが明らかとなった。
[Experimental Example 9]
In the same manner as in Experimental Example 2, thermal mass spectrometry of 2-aminofluorene (powder) was performed, and Tmax was measured. FIG. 13 is a graph showing the results of thermal mass spectrometry of 2-aminofluorene. The heating rate was measured at 2 ° C./min. As a result, it was revealed that Tmax of 2-aminofluorene was about 232 ° C.

本発明によれば、熱分解温度が高い微細セルロース繊維の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, a method for producing fine cellulose fibers having a high thermal decomposition temperature can be provided.

Claims (9)

非揮発性又は難揮発性の第1級アミンを用いて、カルボキシ基を有するセルロース繊維又は微細セルロース繊維のカルボキシ基をアミド化させる工程を備えることを特徴とする微細セルロース繊維の製造方法。   The manufacturing method of the fine cellulose fiber characterized by including the process of amidating the carboxy group of the cellulose fiber which has a carboxy group, or a fine cellulose fiber using a non-volatile or a hardly volatile primary amine. 前記第1級アミンのTmaxが170℃以上である、請求項1に記載の微細セルロース繊維の製造方法。   The manufacturing method of the fine cellulose fiber of Claim 1 whose Tmax of the said primary amine is 170 degreeC or more. カルボキシ基を有するセルロース繊維又は微細セルロース繊維と、非揮発性又は難揮発性の第1級アミンとを混合し、混合物を得る工程と、
前記混合物及び樹脂を溶融混練する工程と、
を備えることを特徴とする樹脂組成物の製造方法。
A step of mixing a cellulose fiber or fine cellulose fiber having a carboxy group and a non-volatile or hardly volatile primary amine to obtain a mixture;
Melting and kneading the mixture and resin;
The manufacturing method of the resin composition characterized by the above-mentioned.
前記第1級アミンのTmaxが170℃以上である、請求項3に記載の樹脂組成物の製造方法。   The manufacturing method of the resin composition of Claim 3 whose Tmax of the said primary amine is 170 degreeC or more. カルボキシ基の一部又は全部がアミド化されている微細セルロース繊維であって、熱分解温度がカルボキシ基を有する微細セルロース繊維よりも高い温度であることを特徴とする微細セルロース繊維。   A fine cellulose fiber, wherein a part or all of the carboxy group is amidated, and the pyrolysis temperature is higher than that of the fine cellulose fiber having a carboxy group. 熱分解温度が250℃以上である、請求項5に記載の微細セルロース繊維。   The fine cellulose fiber according to claim 5, wherein the pyrolysis temperature is 250 ° C or higher. カルボキシ基及びアミド基の合計に対するアミド基の割合が80モル%以上である、請求項5又は6に記載の微細セルロース繊維。   The fine cellulose fiber of Claim 5 or 6 whose ratio of the amide group with respect to the sum total of a carboxy group and an amide group is 80 mol% or more. 請求項5〜7のいずれか一項に記載の微細セルロース繊維を含有する樹脂組成物。   The resin composition containing the fine cellulose fiber as described in any one of Claims 5-7. 請求項8に記載の樹脂組成物を含有することを特徴とする成形体。   A molded body comprising the resin composition according to claim 8.
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