JPWO2019155929A1 - Fiber reinforced resin composition and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

本発明においては、十分な強度及び剛性を有する成形体を得ることができる、繊維強化樹脂組成物を提供することを目的とする。本発明は、熱可塑性樹脂と、セルロース繊維と、少なくとも一つの水溶性の多糖類とを含む、繊維強化樹脂組成物を提供する。An object of the present invention is to provide a fiber-reinforced resin composition capable of obtaining a molded product having sufficient strength and rigidity. The present invention provides a fiber-reinforced resin composition containing a thermoplastic resin, cellulose fibers, and at least one water-soluble polysaccharide.

Description

本発明は、繊維強化樹脂組成物及びその製造方法、並びに、被覆繊維及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a fiber-reinforced resin composition and a method for producing the same, and a coated fiber and a method for producing the same.

熱可塑性樹脂は、優れた成形性を有することから、射出成形、押出成形、ブロー成形等の各種の成形方法で成形され、各種用途に利用されている。このような熱可塑性樹脂中に、充填剤を分散させて強度、剛性を向上した複合材料が知られており、例えば、特許文献1、2の方法では、タルク、ガラス繊維等の無機材料を充填剤として、強度、剛性を向上させている。 Since the thermoplastic resin has excellent moldability, it is molded by various molding methods such as injection molding, extrusion molding, and blow molding, and is used for various purposes. Composite materials with improved strength and rigidity by dispersing a filler in such a thermoplastic resin are known. For example, in the methods of Patent Documents 1 and 2, an inorganic material such as talc or glass fiber is filled. As an agent, it improves strength and rigidity.

しかし、タルクやガラス繊維といった無機材料は、比重が2.5〜2.7と大きいため、軽量であるという樹脂の特性を奪うこと、焼却処分する際にスラッジとして残渣物を残すこと、樹脂の劣化により、複合されている無機材料が生活空間に飛散するおそれがあること等の理由から、充填材を他の材料へ転換することが検討されている。 However, since inorganic materials such as talc and glass fiber have a large specific gravity of 2.5 to 2.7, they deprive the resin of its light weight, leave residues as sludge when incinerated, and of resin. It is being considered to convert the filler to another material because the composite inorganic material may be scattered in the living space due to deterioration.

このような材料として、特許文献3では、充填剤としてポリアクリロニトリル繊維、脂肪族ナイロン繊維、芳香族ナイロン繊維、セルロース繊維、ポリビニルアルコール繊維等の繊維を用いている。 As such a material, Patent Document 3 uses fibers such as polyacrylonitrile fiber, aliphatic nylon fiber, aromatic nylon fiber, cellulose fiber, and polyvinyl alcohol fiber as a filler.

繊維の中でもセルロース繊維の比重は1.5程度で無機材料より軽く、燃焼により焼結することができるほか、植物由来の再生可能な材料として、その利用が検討されている。 Among the fibers, cellulose fibers have a specific gravity of about 1.5, which is lighter than that of inorganic materials, can be sintered by combustion, and their use as a plant-derived renewable material is being studied.

特開2005−264033号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-264033 特開2017−61595号公報JP-A-2017-61595 特開平05−247263号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 05-247263

しかしながら、熱可塑性樹脂中にセルロース繊維を分散させた従来の繊維強化樹脂組成物から得られた成形体の強度及び剛性(弾性率)は十分ではなかった。 However, the strength and rigidity (elastic modulus) of the molded product obtained from the conventional fiber-reinforced resin composition in which the cellulose fibers are dispersed in the thermoplastic resin are not sufficient.

したがって、本発明においては、十分な強度及び剛性を有する成形体を得ることができる、繊維強化樹脂組成物を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fiber-reinforced resin composition capable of obtaining a molded product having sufficient strength and rigidity.

本発明者らは、鋭意検討した結果、セルロース繊維と熱可塑性樹脂組成物とを含む繊維強化樹脂組成物に対して、さらに水溶性の多糖類を加えることにより、予想外にも繊維強化樹脂組成物から得られる成形体の強度及び剛性が向上することを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies, the present inventors unexpectedly added a water-soluble polysaccharide to the fiber-reinforced resin composition containing the cellulose fiber and the thermoplastic resin composition, thereby unexpectedly adding the fiber-reinforced resin composition. The present invention has been completed by finding that the strength and rigidity of a molded product obtained from a product are improved.

すなわち、本発明においては、熱可塑性樹脂と、セルロース繊維と、少なくとも一つの水溶性の多糖類とを含む、繊維強化樹脂組成物を提供する。 That is, the present invention provides a fiber-reinforced resin composition containing a thermoplastic resin, cellulose fibers, and at least one water-soluble polysaccharide.

本発明によれば、セルロース繊維を含み水溶性の多糖類を含まない繊維強化樹脂組成物と比べて、成形体の強度及び剛性が向上する。その作用機序は明らかではないが例えば以下の理由が考えられる。 According to the present invention, the strength and rigidity of the molded product are improved as compared with the fiber reinforced resin composition containing cellulose fibers and not containing water-soluble polysaccharides. The mechanism of action is not clear, but the following reasons can be considered, for example.

水溶性の多糖類は、セルロース繊維の表面に被膜を形成する。したがって、溶融した熱可塑性樹脂と、セルロース繊維とが混練される際に、多糖類の被膜によりセルロース繊維同士の再結合が抑制されてセルロース繊維同士の凝集が低減され、セルロース繊維が熱可塑性樹脂中で均一に分散しやすくなること、混練中にセルロース繊維が解繊されやすくなることが考えられる。 Water-soluble polysaccharides form a film on the surface of cellulose fibers. Therefore, when the molten thermoplastic resin and the cellulose fibers are kneaded, the rebonding of the cellulose fibers is suppressed by the coating of the polysaccharide, the aggregation of the cellulose fibers is reduced, and the cellulose fibers are contained in the thermoplastic resin. It is considered that the cellulose fibers are easily defibrated during kneading.

また、水溶性の多糖類の被膜が熱可塑性樹脂とセルロース繊維との密着性を高め、これにより成形体の強度及び剛性が向上することも考えられる。 It is also conceivable that the film of the water-soluble polysaccharide enhances the adhesion between the thermoplastic resin and the cellulose fiber, thereby improving the strength and rigidity of the molded product.

前記多糖類は、プルラン及びデキストリン類から成る群から選択される少なくとも一つであることができる。 The polysaccharide can be at least one selected from the group consisting of pullulan and dextrins.

特に、多糖類はプルランであることが好ましい。プルランは多糖類の中でも優れた被膜性、接着性を有するため、セルロース繊維に強固に密着した被膜を効率的に形成することができる。さらに、プルランは優れた潤滑性を有するため、セルロース繊維が熱可塑性樹脂中で均一に分散しやすくなる。また、プルランは多糖類の中でも比較的低粘性のニュートン流体であることから、熱可塑性樹脂とセルロース繊維とを混練しやすいという利点を有する。 In particular, the polysaccharide is preferably pullulan. Since pullulan has excellent film properties and adhesiveness among polysaccharides, it is possible to efficiently form a film firmly adhered to cellulose fibers. Furthermore, pullulan has excellent lubricity, which makes it easier for cellulose fibers to be uniformly dispersed in the thermoplastic resin. Further, since pullulan is a Newtonian fluid having a relatively low viscosity among polysaccharides, it has an advantage that the thermoplastic resin and the cellulose fiber can be easily kneaded.

熱可塑性樹脂はポリオレフィン樹脂又はポリアミド樹脂であることが好ましい。ポリオレフィン樹脂及びポリアミド樹脂は比重が小さく軽量であるという利点を有する反面、成形体の強度及び剛性には向上の余地があったため、本発明においてセルロース繊維で強化することにより、成形体の強度及び剛性向上という効果がより顕著に発揮される。また、ポリオレフィン樹脂は、分子量のコントロールが容易である、共重合体による多様な変性が可能である、合成方法が確立されている等の利点も有する。 The thermoplastic resin is preferably a polyolefin resin or a polyamide resin. While the polyolefin resin and the polyamide resin have the advantages of low specific gravity and light weight, there is room for improvement in the strength and rigidity of the molded product. Therefore, in the present invention, the strength and rigidity of the molded product are strengthened by reinforcing with cellulose fibers. The effect of improvement is more pronounced. Further, the polyolefin resin has advantages that the molecular weight can be easily controlled, various modifications can be made by a copolymer, and a synthetic method has been established.

上記繊維強化樹脂組成物において、上記水溶性の多糖類は、上記セルロース繊維の表面を被覆していてもよい。 In the fiber-reinforced resin composition, the water-soluble polysaccharide may coat the surface of the cellulose fiber.

上記繊維強化樹脂組成物は、100重量部のセルロース繊維に対して、0.1〜30重量部の水溶性の多糖類を含むことができる。 The fiber-reinforced resin composition can contain 0.1 to 30 parts by weight of a water-soluble polysaccharide with respect to 100 parts by weight of cellulose fibers.

また、本発明は、溶融した熱可塑性樹脂と、セルロース繊維と、少なくとも一つの水溶性の多糖類とを混練するステップを含む、繊維強化樹脂組成物の製造方法も提供する。本発明の方法によれば、複雑な反応の制御が不要であり、簡便かつ効率的に、上記本発明の繊維強化樹脂組成物を製造することができる。 The present invention also provides a method for producing a fiber-reinforced resin composition, which comprises a step of kneading a molten thermoplastic resin, a cellulose fiber, and at least one water-soluble polysaccharide. According to the method of the present invention, it is not necessary to control a complicated reaction, and the fiber-reinforced resin composition of the present invention can be produced easily and efficiently.

ここで、溶融した熱可塑性樹脂と、セルロース繊維と、水溶性の多糖類とを混練するステップに供される上記セルロース繊維の表面には、あらかじめ上記水溶性の多糖類が被覆されていることができる。熱可塑性樹脂が溶融する温度では水が存在しにくく、水溶性の多糖類でのセルロース繊維の被覆が容易でないため、熱可塑性樹脂の溶融前に被覆することが好適である。 Here, the surface of the cellulose fiber to be subjected to the step of kneading the molten thermoplastic resin, the cellulose fiber, and the water-soluble polysaccharide may be coated with the water-soluble polysaccharide in advance. it can. Water is unlikely to exist at the temperature at which the thermoplastic resin melts, and it is not easy to coat the cellulose fibers with water-soluble polysaccharides. Therefore, it is preferable to coat the cellulose fibers before melting the thermoplastic resin.

この場合、上記混練するステップの前に、上記熱可塑性樹脂、上記セルロース繊維、上記水溶性の多糖類、及び、水を含む混合物を加熱して上記混合物から水を除去するステップを含むことができる。 In this case, a step of heating a mixture containing the thermoplastic resin, the cellulose fibers, the water-soluble polysaccharide, and water to remove water from the mixture can be included before the kneading step. ..

これにより、水溶性の多糖類が、セルロース繊維の表面のより広範囲に行き渡り、セルロース繊維に密着して被膜を形成することができる。得られた繊維強化樹脂組成物からは、より強度及び剛性の高い成形体を作製することができる。 As a result, the water-soluble polysaccharide can be spread over a wider area on the surface of the cellulose fiber and adhere to the cellulose fiber to form a film. From the obtained fiber-reinforced resin composition, a molded product having higher strength and rigidity can be produced.

上記混合物を加熱するステップ及び上記混練するステップを、混練機内で行うことができる。一方、上記混合物の加熱ステップを、混練機外で行ってもよい。 The step of heating the mixture and the step of kneading can be performed in the kneader. On the other hand, the heating step of the mixture may be performed outside the kneader.

ここで、加熱前の上記混合物は、1重量部の上記水溶性の多糖類に対して、5〜100重量部の水を含むことができる。 Here, the mixture before heating can contain 5 to 100 parts by weight of water with respect to 1 part by weight of the water-soluble polysaccharide.

また、本発明は、セルロース繊維と、前記セルロース繊維の表面を被覆する少なくとも一つの水溶性の多糖類の膜と、を備える被覆繊維を提供する。本発明の被覆繊維を用いることにより、上記本発明の繊維強化樹脂組成物を効率的に製造することができる。また、得られる繊維強化樹脂組成物からは、優れた強度及び剛性を有する成形体を成形できる。 The present invention also provides a coated fiber comprising a cellulose fiber and a film of at least one water-soluble polysaccharide that coats the surface of the cellulose fiber. By using the coated fiber of the present invention, the fiber-reinforced resin composition of the present invention can be efficiently produced. Further, from the obtained fiber-reinforced resin composition, a molded product having excellent strength and rigidity can be molded.

また、本発明は、セルロース繊維を少なくとも一つの水溶性の多糖類で被覆するステップを含む、被覆繊維の製造方法を提供する。本方法によれば、上記本発明の被覆繊維を効率的に製造することができる。 The present invention also provides a method for producing a coated fiber, which comprises the step of coating the cellulose fiber with at least one water-soluble polysaccharide. According to this method, the coated fiber of the present invention can be efficiently produced.

上記方法においては、上記被覆するステップは、上記セルロース繊維に上記多糖類を含む水溶液を接触させること、及び、前記セルロース繊維に接触した上記水溶液を乾燥させること、を含むことが好ましい。水溶性の多糖類を水に溶解させて水溶液の形態にしてからセルロース繊維と接触させることにより、多糖類を、セルロース繊維の表面のより広範囲に行き渡らせることができる。 In the above method, the coating step preferably includes contacting the cellulose fibers with an aqueous solution containing the polysaccharide, and drying the aqueous solution in contact with the cellulose fibers. By dissolving the water-soluble polysaccharide in water to form an aqueous solution and then contacting it with the cellulose fibers, the polysaccharides can be spread over a wider area on the surface of the cellulose fibers.

本発明によれば、十分な強度及び剛性を与えることができる繊維強化樹脂組成物が提供される。 According to the present invention, there is provided a fiber reinforced resin composition capable of imparting sufficient strength and rigidity.

以下、本発明の実施の形態を、具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.

(繊維強化樹脂組成物)
本発明の繊維強化樹脂組成物は、熱可塑性樹脂と、セルロース繊維と、水溶性の多糖類とを含む。以下、それぞれの構成要素について説明する。
(Fiber Reinforced Resin Composition)
The fiber-reinforced resin composition of the present invention contains a thermoplastic resin, cellulose fibers, and a water-soluble polysaccharide. Hereinafter, each component will be described.

(熱可塑性樹脂)
本発明の繊維強化樹脂組成物において、熱可塑性樹脂はセルロース繊維を分散させる基材を構成する。熱可塑性樹脂の種類は特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、酢酸ビニル樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、脂肪族ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアセタール樹脂等を挙げることができる。熱可塑性樹脂は、1種類または2種類以上の樹脂を組み合わせて用いることができる。
(Thermoplastic resin)
In the fiber-reinforced resin composition of the present invention, the thermoplastic resin constitutes a base material in which cellulose fibers are dispersed. The type of thermoplastic resin is not particularly limited, but for example, polyolefin resin, polyamide resin, polycarbonate resin, vinyl acetate resin, aromatic polyester resin, aliphatic polyester resin, polyether resin, vinyl chloride resin, fluororesin, acrylic resin, etc. Examples thereof include polystyrene resin and polyacetal resin. As the thermoplastic resin, one kind or a combination of two or more kinds of resins can be used.

本発明に用いる熱可塑性樹脂は、280℃以下の加工温度を有することが好ましい。加工温度が280℃以下であれば、熱可塑性樹脂の加工温度において、熱可塑性樹脂、セルロース繊維、及び、水溶性の多糖類を混合する際、及び、得られた繊維強化樹脂組成物から成形体を作製する際に、セルロース繊維が劣化したり分解されたりせずに樹脂組成物中に残存しやすくなるため、より強度が向上した成形体が得やすくなる。このような加工温度を有する樹脂としては、上記列挙した樹脂の中で、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂等を挙げることができる。熱可塑性樹脂のなかでも、ポリオレフィン樹脂及びポリアミド樹脂の様な結晶性樹脂が好適である。
なお、熱可塑性樹脂には、結晶性樹脂と非晶性樹脂があり、一般的に、結晶性樹脂は融点+20〜50℃で、非晶性樹脂はガラス転移温度+100〜120℃で加工される。
したがって、本明細書において、加工温度とは、結晶性樹脂の場合、融点+20〜50℃を指し、非晶性樹脂の場合、ガラス転移温度+100〜120℃を指す。
したがって、例えば、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合、260℃以下の融点を有することが好ましく、230℃以下の融点を有することがより好ましい。また、例えば、熱可塑性樹脂が非結晶性樹脂の場合、180℃以下のガラス転移温度を有することが好ましく、160℃以下のガラス転移温度を有することがより好ましい。
用いる熱可塑性樹脂の融点又はガラス転移温度に応じて、加工温度を280℃以下になるように調整することが好ましい。
熱可塑性樹脂の融点やガラス転移温度は、熱可塑性樹脂を構成する単量体の官能基を修飾することによって、調整することができる。
The thermoplastic resin used in the present invention preferably has a processing temperature of 280 ° C. or lower. When the processing temperature is 280 ° C. or lower, when mixing the thermoplastic resin, the cellulose fiber, and the water-soluble polysaccharide at the processing temperature of the thermoplastic resin, and from the obtained fiber-reinforced resin composition, a molded product Since the cellulose fibers are not deteriorated or decomposed and are likely to remain in the resin composition during the production of the above, it is easy to obtain a molded product having further improved strength. Examples of the resin having such a processing temperature include polyolefin resins, polyamide resins, and the like among the resins listed above. Among the thermoplastic resins, crystalline resins such as polyolefin resins and polyamide resins are preferable.
The thermoplastic resin includes a crystalline resin and an amorphous resin. Generally, the crystalline resin is processed at a melting point of +20 to 50 ° C., and the amorphous resin is processed at a glass transition temperature of + 100 to 120 ° C. ..
Therefore, in the present specification, the processing temperature refers to a melting point of +20 to 50 ° C. in the case of a crystalline resin, and a glass transition temperature of +100 to 120 ° C. in the case of an amorphous resin.
Therefore, for example, when the thermoplastic resin is a crystalline resin, it preferably has a melting point of 260 ° C. or lower, and more preferably 230 ° C. or lower. Further, for example, when the thermoplastic resin is a non-crystalline resin, it preferably has a glass transition temperature of 180 ° C. or lower, and more preferably 160 ° C. or lower.
It is preferable to adjust the processing temperature to 280 ° C. or lower according to the melting point of the thermoplastic resin used or the glass transition temperature.
The melting point and glass transition temperature of the thermoplastic resin can be adjusted by modifying the functional groups of the monomers constituting the thermoplastic resin.

本発明においては、熱可塑性樹脂がポリオレフィン樹脂又はポリアミド樹脂であることが好ましい。ポリオレフィン樹脂やポリアミド樹脂は比重が小さく軽量であるという利点を有する反面、成形体の強度及び剛性には向上の余地があったため、本発明においてセルロース繊維で強化することにより、成形体の強度及び剛性向上という効果がより顕著に発揮される。また、ポリオレフィン樹脂やポリアミド樹脂は、分子量のコントロールが容易である、共重合体による多様な変性が可能である、合成方法が確立されている等の利点も有する。 In the present invention, the thermoplastic resin is preferably a polyolefin resin or a polyamide resin. While polyolefin resins and polyamide resins have the advantages of low specific gravity and light weight, there is room for improvement in the strength and rigidity of the molded product. Therefore, in the present invention, the strength and rigidity of the molded product are increased by reinforcing with cellulose fibers. The effect of improvement is more pronounced. In addition, polyolefin resins and polyamide resins have advantages such as easy control of molecular weight, various modifications with copolymers, and established synthetic methods.

ポリオレフィン樹脂としては、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン等のオレフィン重合体及びその共重合体並びにそれらの変性物を挙げることができる。また、ポリオレフィン樹脂は、エチレンαオレフィン共重合体又はプロピレンαオレフィン共重合体のような、エチレン及び/またはプロピレンと、炭素数4以上のαオレフィンとの共重合体でもよい。ポリオレフィン樹脂の中でも、特にポリプロピレンが、軽量であり、耐熱性、耐薬品性、成形性に優れることから好ましい。ポリプロピレンとしては、単独重合体の他に、エチレン・プロピレンブロック共重合体、エチレン・プロピレンランダム共重合体、プロピレン・ブテン共重合体等が例示される。 Examples of the polyolefin resin include olefin polymers such as low-density polyethylene, high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, polypropylene, and cyclic polyolefins, copolymers thereof, and modified products thereof. Further, the polyolefin resin may be a copolymer of ethylene and / or propylene and an α-olefin having 4 or more carbon atoms, such as an ethylene α-olefin copolymer or a propylene α-olefin copolymer. Among the polyolefin resins, polypropylene is particularly preferable because it is lightweight and has excellent heat resistance, chemical resistance, and moldability. Examples of polypropylene include ethylene / propylene block copolymers, ethylene / propylene random copolymers, propylene / butene copolymers, and the like, in addition to homopolymers.

熱可塑性樹脂は、セルロース繊維との密着性を向上させるために、無水マレイン酸が付加した酸変性ポリオレフィンや、無水マレイン酸とαオレフィンなどのオレフィンとの共重合体等の、酸基を有するポリオレフィンを含むことができる。 Thermoplastic resins are polyolefins having an acid group, such as acid-modified polyolefins to which maleic anhydride has been added in order to improve adhesion to cellulose fibers, and copolymers of maleic anhydride and olefins such as α-olefins. Can be included.

酸基を有するポリオレフィンの量は、熱可塑性樹脂全体に対して0.5〜50重量%であることが好適である。 The amount of polyolefin having an acid group is preferably 0.5 to 50% by weight based on the total amount of the thermoplastic resin.

ポリアミド樹脂としては、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、ナイロン6,66共重合体、ナイロン6,12共重合体、メタキシレンアジパミド・ナイロン6共重合体等のポリアミド系重合体やそれらの変性物を挙げることができる。ポリアミド樹脂の中でも、ナイロン6、ナイロン66を用いることが好ましい。 Examples of the polyamide resin include polyamide-based polymers such as nylon 6, nylon 66, nylon 12, nylon 6, 66 copolymers, nylon 6, 12 copolymers, and metaxylene adipamide / nylon 6 copolymers, and their products. Modified products can be mentioned. Among the polyamide resins, it is preferable to use nylon 6 and nylon 66.

本発明の繊維強化樹脂組成物における熱可塑性樹脂の含有量は、繊維強化樹脂組成物100質量部に対して、60〜99重量部であることが好ましい。熱可塑性樹脂の含有量が上記範囲であると、繊維強化樹脂組成物の優れた成形性を保ちつつ、繊維強化樹脂組成物から得られる成形体の強度を高くすることができる。熱可塑性樹脂の含有量は、好ましくは65〜99重量部であり、より好ましくは75〜90重量部である。 The content of the thermoplastic resin in the fiber-reinforced resin composition of the present invention is preferably 60 to 99 parts by weight with respect to 100 parts by mass of the fiber-reinforced resin composition. When the content of the thermoplastic resin is in the above range, the strength of the molded product obtained from the fiber-reinforced resin composition can be increased while maintaining the excellent moldability of the fiber-reinforced resin composition. The content of the thermoplastic resin is preferably 65 to 99 parts by weight, more preferably 75 to 90 parts by weight.

(セルロース繊維)
本発明の繊維強化樹脂組成物において、セルロース繊維は熱可塑性樹脂中に分散し、成形体の強度及び剛性を高める。本発明において用いられるセルロース繊維とは、主成分としてセルロースを含む繊維である。
(Cellulose fiber)
In the fiber-reinforced resin composition of the present invention, the cellulose fibers are dispersed in the thermoplastic resin to increase the strength and rigidity of the molded product. The cellulose fiber used in the present invention is a fiber containing cellulose as a main component.

セルロース繊維源は、特に限定されず各種公知のものを使用できる。具体的には、木材、木材以外の植物(コットン、麻、竹、ケナフ、ヘンプ、海草等);ホヤが産生する動物繊維;酢酸菌等の細菌が産生するバクテリアセルロース;古紙;レーヨン、ポリノジック、キュプラ、リヨセル、アセテート等の再生セルロース;等が挙げられる。セルロース繊維は、1種類又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。 The cellulose fiber source is not particularly limited, and various known ones can be used. Specifically, wood, plants other than wood (cotton, hemp, bamboo, kenaf, hemp, seaweed, etc.); animal fiber produced by squirrel; bacterial cellulose produced by bacteria such as acetic acid bacteria; waste paper; rayon, polynosic, Regenerated cellulose such as cupra, lyocell, acetate; etc. Cellulose fibers may be used alone or in combination of two or more.

本発明に用いるセルロース繊維の形態に特に限定はなく、例えば、セルロースナノファイバー、ミクロフィブリル化セルロース、パルプであることができる。 The form of the cellulose fiber used in the present invention is not particularly limited, and may be, for example, cellulose nanofiber, microfibrillated cellulose, or pulp.

パルプの例は、広葉樹(L材)や針葉樹(N材)を機械的に粉砕して、チップ状とし、リグニンやオイル成分を除いたクラフトパルプ(KP)である。KPはコスト的にも有利である。一方、KPはパルプ中にヘミセルロースを残すので、酸やアルカリで分解しやすく、また熱変性を受けて変色などを引き起こす。この問題を避けるために、αセルロース体に近い形のパルプを用いてもよい。このようなパルプの例は、木材系ではサルファイドパルプ(SP)又はあらかじめチップを塩酸で処理したのちクラフトパルプ化されたDKP、あるいは非木系のパルプである。非木系パルプの代表例である麻やコットンなどは、繊維長が長いために、樹脂と複合させる際に、繊維自体で絡む場合が多い。コットン系パルプの一種である、コットンリンターパルプは、木材パルプと似た繊維長を持つために扱いやすい。パルプは、解繊されていることが好適である。 An example of pulp is kraft pulp (KP), which is obtained by mechanically crushing hardwood (L material) or softwood (N material) into chips and removing lignin and oil components. KP is also advantageous in terms of cost. On the other hand, since KP leaves hemicellulose in pulp, it is easily decomposed by acid or alkali, and undergoes heat denaturation to cause discoloration. In order to avoid this problem, pulp having a shape close to that of α-cellulose may be used. Examples of such pulp are sulfide pulp (SP) in wood-based pulp, DKP in which chips are previously treated with hydrochloric acid and then kraft pulped, or non-wood-based pulp. Since hemp and cotton, which are typical examples of non-wood pulp, have long fiber lengths, they are often entangled with the fibers themselves when they are combined with resin. Cotton linter pulp, which is a type of cotton pulp, is easy to handle because it has a fiber length similar to that of wood pulp. The pulp is preferably defibrated.

再生セルロースは繊維長の制御が容易であるという特徴がある。 Regenerated cellulose is characterized by easy control of fiber length.

セルロースナノファイバーとは、繊維径が3nmから35nm以下のセルロースを意味しており、TEMPO系触媒で作製させるカルボン酸変性体のセルロースナノファイバーの径は3〜6nmとも言われている。ミクロフィブリル化セルロースとは、パルプ等のセルロース繊維を機械的に解繊したもので、マイクロからナノレベルまでのセルロース繊維を意味しており、このような材料もセルロース繊維として、本発明に利用できる。 The cellulose nanofibers mean cellulose having a fiber diameter of 3 nm to 35 nm or less, and it is also said that the diameter of the carboxylic acid-modified cellulose nanofibers produced by a TEMPO-based catalyst is 3 to 6 nm. Microfibrillated cellulose is obtained by mechanically defibrating cellulose fibers such as pulp, and means cellulose fibers from the micro to nano level, and such a material can also be used as a cellulose fiber in the present invention. ..

樹脂中のセルロース繊維の平均繊維長には特段の限定はないが、例えば、セルロース繊維の平均繊維長は、0.2〜20mmであることができる。セルロース繊維の平均繊維長が上記範囲であれば、繊維強化樹脂組成物から得られる成形体の強度及び剛性を十分に高くすることができる。好ましくは、セルロース繊維の平均繊維長は、0.2〜3mmであり、より好ましくは、0.8〜2mmである。セルロース繊維の繊維長は、セルロース繊維の原料、解繊処理の方法等を選択することにより、適宜調整することができる。 The average fiber length of the cellulose fibers in the resin is not particularly limited, but for example, the average fiber length of the cellulose fibers can be 0.2 to 20 mm. When the average fiber length of the cellulose fibers is in the above range, the strength and rigidity of the molded product obtained from the fiber-reinforced resin composition can be sufficiently increased. Preferably, the average fiber length of the cellulose fibers is 0.2 to 3 mm, more preferably 0.8 to 2 mm. The fiber length of the cellulose fiber can be appropriately adjusted by selecting the raw material of the cellulose fiber, the method of defibration treatment, and the like.

樹脂中のセルロース繊維の平均繊維径に特段の限定はないが、例えば、セルロース繊維の平均繊維径は、15nm〜30μmであることができる。セルロース繊維の繊維径は、セルロース繊維の原料、解繊処理の方法等を選択することにより、適宜調整することができる。 The average fiber diameter of the cellulose fibers in the resin is not particularly limited, but for example, the average fiber diameter of the cellulose fibers can be 15 nm to 30 μm. The fiber diameter of the cellulose fiber can be appropriately adjusted by selecting the raw material of the cellulose fiber, the method of defibration treatment, and the like.

セルロース繊維の繊維長及び繊維径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)、光学顕微鏡等によって測定することができる。 The fiber length and fiber diameter of the cellulose fibers can be measured by, for example, a scanning electron microscope (SEM), an optical microscope, or the like.

本発明の繊維強化樹脂組成物におけるセルロース繊維の含有量は、特に限定されないが、熱可塑性樹脂100重量部に対して0.5〜75重量部とすることができる。セルロース繊維の含有量が上記範囲にあることで、樹脂組成物から成形される成形体の引張強度、曲げ強度、強度及び剛性、耐衝撃性等が向上しやすい。セルロース繊維の含有量は、より好ましくは1〜50重量部であり、さらに好ましくは10〜50重量部である。 The content of the cellulose fiber in the fiber-reinforced resin composition of the present invention is not particularly limited, but may be 0.5 to 75 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin. When the content of the cellulose fibers is within the above range, the tensile strength, bending strength, strength and rigidity, impact resistance, etc. of the molded product molded from the resin composition are likely to be improved. The content of the cellulose fiber is more preferably 1 to 50 parts by weight, still more preferably 10 to 50 parts by weight.

(水溶性の多糖類)
本発明の繊維強化樹脂組成物において、水溶性の多糖類は、セルロース繊維の表面(例えば側面)上に被膜を形成する。
(Water-soluble polysaccharide)
In the fiber-reinforced resin composition of the present invention, the water-soluble polysaccharide forms a film on the surface (for example, side surface) of the cellulose fiber.

「多糖類」とは、単糖分子がグリコシド結合によって多数(例えば、10以上)重合した糖のことである。単糖類及び2糖類では分子量(分子長)が小さくて得られない被覆・被膜効果が、分子量(分子長)の大きい多糖類によれば得られると考えられる。 A "polysaccharide" is a sugar in which a large number (for example, 10 or more) of monosaccharide molecules are polymerized by glycosidic bonds. It is considered that a coating / coating effect that cannot be obtained with a monosaccharide and a disaccharide having a small molecular weight (molecular length) can be obtained by using a polysaccharide having a large molecular weight (molecular length).

「水溶性である」とは、固体1gを粉末とした後、水中に入れ、100℃以下で5分ごとに強く30秒間振り混ぜたときに、30分以内に30mL未満の水に溶解する性質をいう。多糖類が、水温が低い場合には溶解しなくとも、水を加温すれば溶解する場合は、加温することによって、セルロース繊維へ被膜を形成することができるため、そのような場合は本発明においては「水溶性である」とする。 "Water-soluble" means that when 1 g of a solid is powdered, put into water, and vigorously shaken at 100 ° C. or lower every 5 minutes for 30 seconds, it dissolves in less than 30 mL of water within 30 minutes. To say. Even if the polysaccharide does not dissolve when the water temperature is low, if it dissolves when the water is heated, a film can be formed on the cellulose fibers by heating. In the invention, it is said to be "water-soluble".

セルロース繊維への被膜の形成のし易さの観点から本発明において用いられる水溶性の多糖のGPCに基づく重量平均分子量は、10万以上が好ましく、より好ましくは20万以上であり、特に上限はないが、40万以下であることが好ましい。 From the viewpoint of easiness of forming a film on the cellulose fiber, the weight average molecular weight of the water-soluble polysaccharide used in the present invention based on GPC is preferably 100,000 or more, more preferably 200,000 or more, and the upper limit is particularly high. Although not, it is preferably 400,000 or less.

水溶性の多糖類の種類は特に限定されないが、合成多糖、天然多糖及び天然物変成多糖のいずれも用いることができ、例えば、α−1,4−グルカン(アミロース、アミロペクチン、グリコーゲン)、α−1,6−グルカン(デキストラン)、β−1,6−グルカン(プスツラン)、β−1,3−グルカン(例えばカードラン、シゾフィラン等)、α−1,3−グルカン、β−1,2−グルカン、β−1,4−ガラクタン、β−1,4−マンナン、α−1,6−マンナン、β−1,2−フラクタン(イヌリン)、β−2,6−フラクタン(レバン)、β−1,4−キシラン、β−1,3−キシラン、プルラン、アガロース、アルギン酸等並びにこれらの塩及び誘導体を挙げることができる。また、アミロースを含有するデンプンを用いてもよい。また、デキストリン類を用いてもよい。水溶性の多糖類は、1種類又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。なお、セルロースは水溶性ではないので、本発明における「水溶性の多糖」には含まれない。 The type of water-soluble polysaccharide is not particularly limited, but any of synthetic polysaccharide, natural polysaccharide and natural modified polysaccharide can be used, for example, α-1,4-glucan (amylose, amylopectin, glycogen), α-. 1,6-Glucan (Dextran), β-1,6-Glucan (Pustulan), β-1,3-Glucan (eg Cardran, Sizophyllan, etc.), α-1,3-Glucan, β-1,2- Glucan, β-1,4-galactan, β-1,4-mannan, α-1,6-mannan, β-1,2-fractane (inulin), β-2,6-fractan (levan), β- Examples thereof include 1,4-xylan, β-1,3-xylan, glucan, agarose, alginic acid and the like, as well as salts and derivatives thereof. Moreover, you may use starch containing amylose. Moreover, you may use dextrins. The water-soluble polysaccharide may be used alone or in combination of two or more. Since cellulose is not water-soluble, it is not included in the "water-soluble polysaccharide" in the present invention.

上記した多糖類の中では、プルランが好ましい。プルランは、グルコースがα−1,4結合で3分子連なったマルトトリオースを構成単位とし、マルトトリオースがα−1,6結合を介して連結した構造を有する水溶性の化合物である。プルランは多糖類の中でも優れた被膜性、接着性を有するため、セルロース繊維に強固に密着した被膜を効率的に形成することができ、セルロース繊維同士の凝集を防止する効果がより高くなる。さらに、プルランは優れた潤滑性を有するため、セルロース繊維が熱可塑性樹脂中で均一に分散しやすくなる。また、多糖類の中でも比較的低粘性のニュートン流体であることから、熱可塑性樹脂とセルロース繊維とを混練する際に混練しやすいという利点を有する。 Among the above-mentioned polysaccharides, pullulan is preferable. Pullulan is a water-soluble compound having a structure in which maltotriose in which three molecules of glucose are linked by α-1,4 bonds is a constituent unit, and maltotrioses are linked via α-1,6 bonds. Since pullulan has excellent film properties and adhesiveness among polysaccharides, it is possible to efficiently form a film that is firmly adhered to the cellulose fibers, and the effect of preventing aggregation of the cellulose fibers becomes higher. Furthermore, pullulan has excellent lubricity, which makes it easier for cellulose fibers to be uniformly dispersed in the thermoplastic resin. Further, since it is a Newtonian fluid having a relatively low viscosity among polysaccharides, it has an advantage that it is easy to knead when the thermoplastic resin and the cellulose fiber are kneaded.

本発明に用いられるプルランとしては、入手方法や種類に特に制限はないが、GPCに基づく重量平均分子量が5000〜50万のものが好ましく、重量平均分子量が5万〜40万のものがより好ましい。重量平均分子量が上記範囲のプルランを用いることにより、プルランの被膜によるセルロース繊維への被覆効果がより良好なものとなると考えられる。 The pullulan used in the present invention is not particularly limited in terms of acquisition method and type, but preferably has a weight average molecular weight of 5,000 to 500,000 based on GPC, and more preferably has a weight average molecular weight of 50,000 to 400,000. .. By using pullulan having a weight average molecular weight in the above range, it is considered that the coating effect of the pullulan coating on the cellulose fibers becomes better.

また、多糖類の中で、デキストリン類も好ましい。デキストリン類は、デンプンやグリコーゲンの加水分解で得ることができ、α-グルコースがα−1,4またはα−1,6グリコシド結合によって重合した分子構造を有する化合物である。デキストリン類には、デキストリン、マルトデキストリン、粉あめが含まれる。デキストリン類も優れた被膜性、接着性を有するため、セルロース繊維に強固に密着した被膜を効率的に形成することができ、セルロース繊維同士の凝集を防止する効果が高くなる。本発明に用いられるデキストリン類としては、入手方法や種類に特に制限はないが、デキストロース当量(DE)が10以下のものが好ましく、3.0以下のものがより好ましい。また、GPCに基づく重量平均分子量が5000〜50万のものが好ましく、重量平均分子量が5万〜40万のものがより好ましい。重量平均分子量が上記範囲のデキストリン類を用いることにより、デキストリン類の被膜によるセルロース繊維への被覆効果がより良好なものとなると考えられる。 Among the polysaccharides, dextrins are also preferable. Dextrins are compounds that can be obtained by hydrolysis of starch or glycogen and have a molecular structure in which α-glucose is polymerized by α-1,4 or α-1,6 glycosidic bonds. Dextrins include dextrins, maltodextrins and powdered candy. Since dextrins also have excellent film properties and adhesiveness, it is possible to efficiently form a film that is firmly adhered to the cellulose fibers, and the effect of preventing aggregation of the cellulose fibers is enhanced. The dextrins used in the present invention are not particularly limited in terms of acquisition method and type, but those having a dextrose equivalent (DE) of 10 or less are preferable, and those having a dextrin equivalent (DE) of 3.0 or less are more preferable. Further, a GPC-based weight average molecular weight of 5,000 to 500,000 is preferable, and a weight average molecular weight of 50,000 to 400,000 is more preferable. By using dextrins having a weight average molecular weight in the above range, it is considered that the coating effect of the dextrins on the cellulose fibers becomes better.

本発明の繊維強化樹脂組成物における水溶性の多糖類の含有量は、特に限定されないが、セルロース繊維100重量部に対して、0.1〜30重量部であることが好ましい。セルロース繊維に対する水溶性の多糖類の含有量が上記範囲にあることで、セルロース繊維に対して効率的に多糖類が被膜を形成することができる。水溶性の多糖類は、より好ましくはセルロース繊維100重量部に対して0.2〜10重量部である。 The content of the water-soluble polysaccharide in the fiber-reinforced resin composition of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the cellulose fiber. When the content of the water-soluble polysaccharide in the cellulose fiber is within the above range, the polysaccharide can efficiently form a film on the cellulose fiber. The water-soluble polysaccharide is more preferably 0.2 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the cellulose fiber.

(その他の成分)
本発明の繊維強化樹脂組成物には、必要に応じて、上述した熱可塑性樹脂、セルロース繊維、水溶性の多糖類以外の成分が含まれていてもよい。このような成分としては、熱可塑性樹脂組成物に通常用いられる各種の添加剤、例えば、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、中和剤、滑剤、ブロッキング防止剤、分散剤、流動性改良剤、離型剤、難燃剤、発泡剤、着色剤、充填剤、増粘剤、低粘剤、結晶核剤等の添加剤が挙げられる。これらの添加剤の繊維強化樹脂組成物の含有割合は、繊維強化樹脂組成物全体を100重量部とした際に、30重量部以下であることが好ましい。
(Other ingredients)
If necessary, the fiber-reinforced resin composition of the present invention may contain components other than the above-mentioned thermoplastic resin, cellulose fiber, and water-soluble polysaccharide. Such components include various additives commonly used in thermoplastic resin compositions, such as antioxidants, light stabilizers, UV absorbers, neutralizers, lubricants, antiblocking agents, dispersants, fluidity. Additives such as improvers, mold release agents, flame retardants, foaming agents, colorants, fillers, thickeners, low thickeners, and crystal nucleating agents can be mentioned. The content ratio of the fiber-reinforced resin composition of these additives is preferably 30 parts by weight or less when the entire fiber-reinforced resin composition is 100 parts by weight.

(作用)
本発明の実施形態にかかる繊維強化樹脂組成物によれば、セルロース繊維を含むものの水溶性の多糖類を含まない繊維強化樹脂組成物に比べて、成形体の強度及び剛性が高くなる。その理由は明らかではないが以下が考えられる。
(Action)
According to the fiber-reinforced resin composition according to the embodiment of the present invention, the strength and rigidity of the molded product are higher than those of the fiber-reinforced resin composition containing cellulose fibers but not containing water-soluble polysaccharides. The reason is not clear, but the following can be considered.

水溶性の多糖類は、セルロース繊維の表面に被膜を形成する。したがって、溶融した熱可塑性樹脂と、セルロース繊維とが混合される際に、多糖類の被膜によりセルロース繊維同士の再結合が抑制されてセルロース繊維同士の凝集が低減され、セルロース繊維が熱可塑性樹脂中で均一に分散しやすくなること、混合中にセルロース繊維が解繊されやすくなることが考えられる。 Water-soluble polysaccharides form a film on the surface of cellulose fibers. Therefore, when the molten thermoplastic resin and the cellulose fibers are mixed, the rebonding of the cellulose fibers is suppressed by the coating of the polysaccharide, the aggregation of the cellulose fibers is reduced, and the cellulose fibers are contained in the thermoplastic resin. It is considered that the cellulose fibers are easily defibrated during mixing.

また、水溶性の多糖類の被膜が熱可塑性樹脂とセルロース繊維との密着性を高め、これにより強度及び剛性が向上することも考えられる。 It is also conceivable that the film of the water-soluble polysaccharide enhances the adhesion between the thermoplastic resin and the cellulose fiber, thereby improving the strength and rigidity.

(繊維強化樹脂組成物の製造方法)
本発明の繊維強化樹脂組成物の製造方法は、溶融した熱可塑性樹脂と、セルロース繊維と、水溶性の多糖類とを混練するステップを含む。本発明の方法によれば、複雑な反応の制御が不要であり、簡便かつ効率的に、上述の繊維強化樹脂組成物を製造することができる。
(Manufacturing method of fiber reinforced resin composition)
The method for producing a fiber-reinforced resin composition of the present invention includes a step of kneading a molten thermoplastic resin, cellulose fibers, and a water-soluble polysaccharide. According to the method of the present invention, it is not necessary to control a complicated reaction, and the above-mentioned fiber-reinforced resin composition can be produced easily and efficiently.

上記の混練は、一軸または二軸押出機、ロール、バンバリーミキサー、ニーダー、ブラベンダー等の種々の混錬機により行うことができる。混錬機に投入するセルロース繊維は、水分散体でも、乾燥体でもよい。 The above kneading can be carried out by various kneaders such as a single-screw or twin-screw extruder, a roll, a Banbury mixer, a kneader, and a lavender. The cellulose fibers to be put into the kneader may be an aqueous dispersion or a dried product.

溶融した熱可塑性樹脂とセルロース繊維とを混練する際の温度は、熱可塑性樹脂が溶解する温度であればよい。例えば、結晶性の熱可塑性樹脂の融点+20〜50℃、非晶性の熱可塑性樹脂のガラス転移温度+100〜120℃とすることができる。 The temperature at which the molten thermoplastic resin and the cellulose fibers are kneaded may be any temperature as long as the temperature at which the thermoplastic resin melts. For example, the melting point of the crystalline thermoplastic resin can be +20 to 50 ° C., and the glass transition temperature of the amorphous thermoplastic resin can be +100 to 120 ° C.

セルロース繊維は、あらかじめ解繊されていることが好ましい。解繊処理の方法については、特に限定されず、例えば、グラインダー法、高圧ホモジナイザー法、水中対向衝法、リファイナー法、超音波ホモジナイザー法、二軸混練法等の物理的処理、TEMPO酸化法、オゾン酸化法、酵素処理法等の化学的処理、及びこれらを組み合わせて行うことができる。 Cellulose fibers are preferably defibrated in advance. The method of defibration treatment is not particularly limited, and for example, physical treatment such as grinding method, high-pressure homogenizer method, underwater opposition method, refiner method, ultrasonic homogenizer method, biaxial kneading method, TEMPO oxidation method, ozone. Chemical treatment such as oxidation method and enzyme treatment method, and a combination thereof can be performed.

シート状のパルプを解繊する場合には、一般的には二通りの方法があって、その一つは乾式法である。乾式法では、パルプシートをハンマーミルなどで粉砕しながら、粉砕物をエアブローで回収すると、解繊された繊維を得ることができるが、強い衝撃で、セルロースの結晶化度が低下する他、繊維長が短くなるなどの障害が現れる場合がある。更に得られた解繊物は低密度の綿状となるので、混練機へ樹脂とともに投入する際には、特殊な装置が必要となる場合がある。 When defibrating sheet-shaped pulp, there are generally two methods, one of which is the dry method. In the dry method, defibrated fibers can be obtained by recovering the crushed material with an air blow while crushing the pulp sheet with a hammer mill or the like, but the crystallinity of cellulose decreases due to a strong impact, and the fibers Obstacles such as shortening of the length may appear. Further, since the obtained defibrated product becomes a low-density cotton-like product, a special device may be required when it is put into the kneader together with the resin.

シート状のパルプの別の解繊方法は、湿式法である。通常、パルプは水との馴染みがよく、水中で弱い力で、例えば、通常の撹拌装置かパルパー(撹拌装置)により繊維状に解繊することができる。この状態から吸引濾過法、遠心分離法、ベルトプレス法などにより余剰水を除くと、解繊した含水状態のセルロース繊維(水分散体)が得られる。樹脂と混練する場合には、ベントなど残留水を除く機能を有した混練機が必要となるが、解繊時に結晶化度が低下せず、繊維長も保存できる。 Another method for defibrating sheet pulp is the wet method. Pulp is usually well compatible with water and can be defibrated into fibers with a weak force in water, for example, with a normal stirrer or pulper (stirring device). When excess water is removed from this state by suction filtration method, centrifugation method, belt press method, etc., defibrated water-containing cellulose fibers (aqueous dispersion) can be obtained. When kneading with a resin, a kneader having a function of removing residual water such as a vent is required, but the crystallinity does not decrease during defibration and the fiber length can be preserved.

一般的に湿式解繊法で得られるセルロース繊維濃度は、KPの場合は15〜30重量%程度、コットンリンターの場合は20〜35重量%程度、ミクロフィブリル化セルロースの場合は5〜20重量%程度、セルロースナノファイバーの場合は0.3〜3重量%であることができる。 Generally, the cellulose fiber concentration obtained by the wet defibration method is about 15 to 30% by weight in the case of KP, about 20 to 35% by weight in the case of cotton linter, and 5 to 20% by weight in the case of microfibrillated cellulose. In the case of cellulose nanofibers, it can be 0.3 to 3% by weight.

セルロースナノファイバーやミクロフィブリル化セルロース等を乾燥させると、これらが強く相互作用をするため、一般的には乾燥させずに含水状態のまま、樹脂と混練することが好適である。 When cellulose nanofibers, microfibrillated cellulose, or the like are dried, they interact strongly with each other. Therefore, it is generally preferable to knead the cellulose nanofibers, microfibrillated cellulose, or the like with the resin in a water-containing state without drying.

溶融した熱可塑性樹脂とセルロース繊維とを混練する際に、あらかじめ、セルロース繊維の表面に水溶性の多糖類の被膜が形成されていることが好適である。このようにするには、例えば、混練機に投入する前に、セルロース繊維の表面を、水溶性の多糖類で被覆して膜を形成しておくことが好適である。 When the molten thermoplastic resin and the cellulose fiber are kneaded, it is preferable that a film of a water-soluble polysaccharide is formed on the surface of the cellulose fiber in advance. In order to do so, for example, it is preferable to coat the surface of the cellulose fiber with a water-soluble polysaccharide to form a film before putting it into the kneader.

具体的には、セルロース繊維に水溶性の多糖類を含む水溶液Aを接触させること、及び、セルロース繊維に接触した前記水溶液Aを加熱、減圧等により乾燥させることにより、セルロース繊維、及び、セルロース繊維の表面を被覆する水溶性の多糖類膜を有する被覆繊維を得ることができる。水溶液Aの乾燥は、加熱、減圧、自然乾燥等の公知の方法で実施できる。 Specifically, the cellulose fibers and the cellulose fibers are obtained by contacting the cellulose fibers with an aqueous solution A containing a water-soluble polysaccharide, and by drying the aqueous solution A in contact with the cellulose fibers by heating, reducing pressure, or the like. It is possible to obtain a coated fiber having a water-soluble polysaccharide film that coats the surface of the above. The aqueous solution A can be dried by a known method such as heating, depressurization, and natural drying.

また、水溶性の多糖類によるセルロース繊維の被覆は、混練機内で行うこともできる。
具体的には、混錬機内で、固体の熱可塑性樹脂、セルロース繊維、水溶性の多糖類、および、水の混合物Bを混練すれば良い。混練機内では、この混合物Bの混練により混合物Bが加熱され、混合物B中の水を水蒸気として系外に除去することができる。この場合、ベントを有する混練機を用いることが好適である。混合物Bから水が除去されると、セルロース繊維の表面に水溶性の多糖類の被膜が形成される。その後、更に、水の除去された混合物を混練すれば、熱可塑性樹脂が溶融して、溶融した熱可塑性樹脂と、多糖類の被膜を有するセルロース繊維とが混練されることになる。
In addition, coating of cellulose fibers with water-soluble polysaccharides can also be performed in a kneader.
Specifically, a mixture B of a solid thermoplastic resin, cellulose fibers, a water-soluble polysaccharide, and water may be kneaded in a kneader. In the kneader, the mixture B is heated by the kneading of the mixture B, and the water in the mixture B can be removed from the system as steam. In this case, it is preferable to use a kneader having a vent. When water is removed from the mixture B, a film of water-soluble polysaccharides is formed on the surface of the cellulose fibers. After that, if the mixture from which water has been removed is further kneaded, the thermoplastic resin is melted, and the melted thermoplastic resin and the cellulose fiber having a coating of polysaccharides are kneaded.

なお、セルロース繊維は乾燥体であっても5〜9重量%の吸着水を含有している。したがって、混練機に液体の水を投入しない場合であっても、熱可塑性樹脂、セルロース繊維、及び、水溶性の多糖類を含む混合物が混練機内での剪断により加熱され、吸着水がセルロース繊維から脱離して遊離水を形成するため、混練機内で熱可塑性樹脂、セルロース繊維、水溶性の多糖類、及び、水の混合物を形成させることができる。したがって、液体の水を投入しなくても、上述の繊維強化樹脂組成物の製造は可能である。 The cellulose fiber contains 5 to 9% by weight of adsorbed water even if it is a dried product. Therefore, even when liquid water is not added to the kneader, the mixture containing the thermoplastic resin, the cellulose fibers, and the water-soluble polysaccharide is heated by shearing in the kneader, and the adsorbed water is discharged from the cellulose fibers. Since it is desorbed to form free water, a mixture of thermoplastic resin, cellulose fibers, water-soluble polysaccharides, and water can be formed in the kneader. Therefore, the above-mentioned fiber-reinforced resin composition can be produced without adding liquid water.

効率よくセルロース繊維の表面に水溶性の多糖類を被覆するためには、上記の水溶液A、及び、混合物Bは、1重量部の前記水溶性の多糖類に対して、5〜100重量部の水を含むことが好適である。 In order to efficiently coat the surface of the cellulose fiber with the water-soluble polysaccharide, the aqueous solution A and the mixture B should be 5 to 100 parts by weight based on 1 part by weight of the water-soluble polysaccharide. It is preferable to contain water.

(成形体)
上述した、本発明の繊維強化樹脂組成物からは、成形体を製造することができる。成形方法としては、特に制限なく各種公知の方法を用いることができ、例えば、圧縮成形、射出成形、押出成形、押出ラミネート成形、回転成形、カレンダー成形、真空成形、ブロー成形等を挙げることができる。また、成形体の形状も特に制限されない。本発明の繊維強化樹脂組成物から得られる成形体は、十分な強度及び剛性を有する。
(Molded body)
A molded product can be produced from the fiber-reinforced resin composition of the present invention described above. As the molding method, various known methods can be used without particular limitation, and examples thereof include compression molding, injection molding, extrusion molding, extrusion laminating molding, rotary molding, calendar molding, vacuum molding, blow molding and the like. .. Further, the shape of the molded product is not particularly limited. The molded product obtained from the fiber-reinforced resin composition of the present invention has sufficient strength and rigidity.

(セルロース繊維1の水分散体の作製)
2重量%のNBKP(針葉樹を原料とする晒しクラフトパルプ)を含む水スラリーを用意した。これを、パルパー(撹拌装置)で機械的に解繊してセルロース繊維1の水分散体を得た。その後、遠心分離機で余剰水分を除去して濃縮し、最終的にセルロース繊維1の濃度が25重量%であるセルロース繊維1の水分散体を作製した。セルロース繊維1の平均繊維長は2.8mm、平均繊維径は25μmであった。
(Preparation of an aqueous dispersion of cellulose fiber 1)
A water slurry containing 2% by weight of NBKP (bleached kraft pulp made from softwood) was prepared. This was mechanically defibrated with a pulper (stirring device) to obtain an aqueous dispersion of cellulose fibers 1. Then, excess water was removed by a centrifuge and concentrated to finally prepare an aqueous dispersion of cellulose fibers 1 having a concentration of cellulose fibers 1 of 25% by weight. The average fiber length of the cellulose fiber 1 was 2.8 mm, and the average fiber diameter was 25 μm.

(セルロース繊維2の作製)
シート状のNBKPをハンマーミルで砕き、フラッフ状のセルロース繊維2を得た。セルロース繊維2の平均繊維長は1.8mm、平均繊維径は25μm、水分含有量は7重量%であった。
(Preparation of Cellulose Fiber 2)
The sheet-shaped NBKP was crushed with a hammer mill to obtain a fluff-shaped cellulose fiber 2. The average fiber length of the cellulose fiber 2 was 1.8 mm, the average fiber diameter was 25 μm, and the water content was 7% by weight.

(セルロース繊維3の作製)
100重量部のセルロース繊維2に対し、1.0重量%濃度のプルラン水溶液を1000重量部噴霧し、これらをよく混合し、その後60℃で乾燥させ、100重量部のセルロース繊維を10重量部のプルランでコーティングしたセルロース繊維3を作製した。
(Preparation of Cellulose Fiber 3)
1000 parts by weight of a 1.0% by weight aqueous pullulan solution is sprayed on 100 parts by weight of cellulose fibers 2, these are mixed well, and then dried at 60 ° C., and 10 parts by weight of 100 parts by weight of cellulose fibers are added. Cellulose fibers 3 coated with pullulan were produced.

(実施例1〜6)
実施例1〜4では、セルロース繊維1の水分散体と、ポリプロピレン(BC06C、日本ポリプロ製)、酸変性ポリプロピレン(H1000P、東洋紡製)、および粉末プルラン(食品級グレード「プルラン」、林原製)を表1記載の量で配合し、ベント付二軸混練機に供給して、ベントから水蒸気を排出させつつ混練し、さらに、230℃でポリプロピレンを溶融しながら混練し、繊維強化樹脂組成物を作製した。得られた繊維強化樹脂組成物から、射出成形体を作製し、その曲げ弾性率を測定した。なお、表1中、「部」は「重量部」を意味する。
実施例5では、10重量%のプルラン水溶液を20重量部配合して、水の量を多くする以外は実施例2と同様とした。
実施例6では、10重量%のプルラン水溶液を2重量部配合した。
(Examples 1 to 6)
In Examples 1 to 4, the aqueous dispersion of cellulose fiber 1 and polypropylene (BC06C, manufactured by Japan Polypropylene), acid-modified polypropylene (H1000P, manufactured by Toyo Boseki), and powdered pullulan (food grade "Pullulan", manufactured by Hayashihara) are used. The fibers are blended in the amounts shown in Table 1, supplied to a twin-screw kneader with a vent, kneaded while discharging water vapor from the vent, and further kneaded while melting polypropylene at 230 ° C. to prepare a fiber-reinforced resin composition. did. An injection-molded article was prepared from the obtained fiber-reinforced resin composition, and its flexural modulus was measured. In Table 1, "part" means "part by weight".
In Example 5, 20 parts by weight of a 10% by weight pullulan aqueous solution was blended in the same manner as in Example 2 except that the amount of water was increased.
In Example 6, 2 parts by weight of a 10% by weight pullulan aqueous solution was blended.

(比較例1〜4)
プルランを添加しなかったこと以外は、実施例1〜4と同様にして、表1記載の配合で繊維強化樹脂を作製した。
(Comparative Examples 1 to 4)
A fiber reinforced resin was prepared in the same manner as in Examples 1 to 4 except that pullulan was not added, according to the formulation shown in Table 1.

(実施例7〜11)
実施例7では、セルロース繊維1の水分散体に代えて、フラッフ状の乾燥したセルロース繊維2を用いたこと以外は、実施例2と同様にして、表1記載の配合で繊維強化樹脂を作製した。なお、セルロース繊維2は液体の水を含まないが、吸着水を7重量%含む。
実施例8〜10では、表1の配合で液体の水をさらに添加する以外は実施例7と同様とした。
実施例11では、10重量%のプルラン水溶液を20重量部配合する以外は実施例7と同様とした。
(Examples 7 to 11)
In Example 7, a fiber-reinforced resin was prepared by the formulation shown in Table 1 in the same manner as in Example 2 except that a fluff-like dried cellulose fiber 2 was used instead of the aqueous dispersion of the cellulose fiber 1. did. The cellulose fiber 2 does not contain liquid water, but contains 7% by weight of adsorbed water.
Examples 8 to 10 were the same as in Example 7 except that liquid water was further added according to the formulation shown in Table 1.
In Example 11, the same procedure as in Example 7 was carried out except that 20 parts by weight of a 10% by weight pullulan aqueous solution was blended.

(比較例5)
プルランを添加しなかったこと以外は、実施例7と同様にして、表1記載の配合で繊維強化樹脂を作製した。
(Comparative Example 5)
A fiber-reinforced resin was prepared by the formulation shown in Table 1 in the same manner as in Example 7 except that pullulan was not added.

(実施例12)
粉末プルラン及びセルロース繊維2の組み合わせに代えて、あらかじめプルランを被覆したセルロース繊維3を用いた以外は、実施例7と同様にして、表1記載の配合でセルロース繊維強化樹脂を作製した。なお、セルロース繊維20部に対して、2部のプルランが被覆している。
(Example 12)
A cellulose fiber reinforced resin was prepared in the same manner as in Example 7 except that the cellulose fiber 3 coated with pullulan in advance was used instead of the combination of the powdered pullulan and the cellulose fiber 2. In addition, 20 parts of cellulose fibers are covered with 2 parts of pullulan.

(比較例6)
粉末プルランに代えて、粉末トレハロースを10重量部配合したこと以外は実施例1と同様にして、繊維強化樹脂を作製した。
(Comparative Example 6)
A fiber-reinforced resin was produced in the same manner as in Example 1 except that 10 parts by weight of powdered trehalose was blended in place of the powdered pullulan.

Figure 2019155929
Figure 2019155929

実施例1〜6、比較例1〜4では、湿式解繊処理により得たセルロース繊維1の水分散体を用いた。実施例1〜4および比較例1〜4の比較によれば、プルランの添加の有無にかかわらず、セルロース繊維の量が増えるにしたがって曲げ弾性率が向上する傾向が見られるが、セルロース繊維の量を一定とした場合、プルランを添加した各実施例ではプルランを添加しない各比較例と比較して、有意に曲げ弾性率が向上している。また、プルランを添加した系では、セルロース繊維の量が増えるにつれて樹脂の結晶化度が高くなることもわかる。
また、実施例2および実施例5の比較から、セルロース繊維水分散体に粉体プルランを添加した場合と、セルロース繊維水分散体にプルラン水溶液を添加した場合とでは、結晶化度や曲げ弾性率に影響を与えないことがわかる。
また、実施例5と実施例6とを比較すると、プルランの添加量が実施例6では実施例5の10分の1の量であったが、樹脂の結晶化度、曲げ弾性率について同様の効果を示した。
In Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, an aqueous dispersion of cellulose fibers 1 obtained by wet defibration treatment was used. According to the comparison between Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, the flexural modulus tends to increase as the amount of cellulose fibers increases regardless of the addition or absence of pullulan, but the amount of cellulose fibers When the value is constant, the flexural modulus is significantly improved in each example to which pullulan is added as compared with each comparative example to which pullulan is not added. It can also be seen that in the system to which pullulan is added, the crystallinity of the resin increases as the amount of cellulose fibers increases.
Further, from the comparison between Example 2 and Example 5, the degree of crystallization and the flexural modulus are different between the case where powdered pullulan is added to the aqueous cellulose fiber dispersion and the case where the aqueous pullulan solution is added to the aqueous cellulose fiber dispersion. It can be seen that it does not affect.
Further, when comparing Example 5 and Example 6, the amount of pullulan added was 1/10 of that of Example 5 in Example 6, but the crystallinity and flexural modulus of the resin were the same. It showed an effect.

粉末プルランに代えて、粉末トレハロースを10重量部配合した比較例6では、実施例1〜4とは異なり、樹脂の結晶化度が高くなったり、曲げ弾性率が向上したりする効果は見られなかった。 In Comparative Example 6 in which 10 parts by weight of powdered trehalose was blended instead of powdered pullulan, unlike Examples 1 to 4, the effects of increasing the crystallinity of the resin and improving the flexural modulus were observed. There wasn't.

実施例7〜11、比較例5では、乾式解繊処理により得た乾燥したセルロース繊維2を用いた。乾燥したセルロース繊維2と、粉末形態のプルランとを添加し、液体の水を添加しなかった実施例7と、プルランも水も添加しなかった比較例5とを比べると、ポリプロピレンの結晶化度は同程度であったが、実施例7の成形体の曲げ弾性率の値の方がやや高かった。さらに、実施例7〜10を比較すると、同量のセルロース繊維、同量のプルランを用いた場合、液体の水の添加量が増えるにつれ、ポリプロピレンの結晶化度が上がり、さらに、成形体の曲げ弾性率が上昇した。
実施例7のように、液体の水を添加しなかった場合でも、セルロース繊維が吸着水として水分を含有しているため、加熱の過程でセルロース繊維から脱離する水によってプルランはセルロース繊維の表面に被膜を形成することができるが、実施例8〜10のように、液体の水を添加した方が、被膜形成の効果は高まると考えられる。
In Examples 7 to 11 and Comparative Example 5, dried cellulose fibers 2 obtained by the dry defibration treatment were used. Comparing Example 7 in which dried cellulose fibers 2 and pullulan in powder form were added and no liquid water was added, and Comparative Example 5 in which neither pullulan nor water was added, the crystallinity of polypropylene was compared. Was about the same, but the value of the flexural modulus of the molded product of Example 7 was slightly higher. Further, comparing Examples 7 to 10, when the same amount of cellulose fibers and the same amount of pullulan were used, the crystallinity of polypropylene increased as the amount of liquid water added increased, and further, bending of the molded product was performed. The elastic modulus increased.
As in Example 7, even when liquid water is not added, since the cellulose fibers contain water as adsorbed water, the purulan is released from the cellulose fibers in the process of heating to cause the pullulan to be on the surface of the cellulose fibers. However, it is considered that the effect of forming the film is enhanced by adding liquid water as in Examples 8 to 10.

実施例11では、プルランを水溶液の形態で添加した。同量の粉体プルランとほぼ同量の水とを添加した実施例9と比較して、実施例11においてポリプロピレンの結晶化度と成形体の曲げ弾性率は有意に高くなった。上述のように湿式解繊セルロース繊維の実施例2と実施例5では差がなかったのに対して、乾式解繊セルロース繊維においてこのような差が表れる理由は明らかではないが、湿式解繊セルロース繊維とは異なり、乾式解繊セルロース繊維では初めから水溶液として添加するほうがより効果的であると考えられる。 In Example 11, pullulan was added in the form of an aqueous solution. Compared with Example 9 in which the same amount of powdered pullulan and substantially the same amount of water were added, the crystallinity of polypropylene and the flexural modulus of the molded product were significantly higher in Example 11. As described above, there was no difference between Example 2 and Example 5 of the wet defibrated cellulose fiber, whereas the reason why such a difference appears in the dry defibrated cellulose fiber is not clear, but the wet defibrated cellulose Unlike fibers, dry defibrated cellulose fibers are considered to be more effective when added as an aqueous solution from the beginning.

実施例12は、セルロース繊維2をプルランであらかじめ被覆したセルロース繊維3を混練に用いた実施例である。実施例12は、実施例10,11と同様のポリプロピレンの結晶化度および成形体の曲げ弾性率が得られた。すなわち、プルランで予めコーティングしたセルロース繊維を用いることにより、混練時に水を添加しなくとも、成形体の曲げ弾性率を効果的に上げることができた。 Example 12 is an example in which the cellulose fiber 3 in which the cellulose fiber 2 is pre-coated with pullulan is used for kneading. In Example 12, the crystallinity of polypropylene and the flexural modulus of the molded product similar to those in Examples 10 and 11 were obtained. That is, by using the cellulose fibers pre-coated with pullulan, the flexural modulus of the molded product could be effectively increased without adding water during kneading.

本発明は、優れた強度及び剛性を有する成形体が得られる繊維強化樹脂組成物を提供し、種々の分野で利用可能である。 The present invention provides a fiber-reinforced resin composition capable of obtaining a molded product having excellent strength and rigidity, and can be used in various fields.

Claims (15)

熱可塑性樹脂と、セルロース繊維と、少なくとも一つの水溶性の多糖類とを含む、繊維強化樹脂組成物。 A fiber-reinforced resin composition containing a thermoplastic resin, cellulose fibers, and at least one water-soluble polysaccharide. 前記多糖類は、プルラン及びデキストリン類から成る群から選択される少なくとも一つである、請求項1に記載の繊維強化樹脂組成物。 The fiber-reinforced resin composition according to claim 1, wherein the polysaccharide is at least one selected from the group consisting of pullulan and dextrins. 前記多糖類はプルランである、請求項1又は2に記載の繊維強化樹脂組成物。 The fiber-reinforced resin composition according to claim 1 or 2, wherein the polysaccharide is pullulan. 前記熱可塑性樹脂はポリオレフィン樹脂又はポリアミド樹脂である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂組成物。 The fiber-reinforced resin composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermoplastic resin is a polyolefin resin or a polyamide resin. 前記水溶性の多糖類は、前記セルロース繊維の表面を被覆している、請求項1〜4のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂組成物。 The fiber-reinforced resin composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the water-soluble polysaccharide covers the surface of the cellulose fiber. 100重量部のセルロース繊維に対して、0.1〜30重量部の水溶性の多糖類を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂組成物。 The fiber-reinforced resin composition according to any one of claims 1 to 5, which contains 0.1 to 30 parts by weight of a water-soluble polysaccharide with respect to 100 parts by weight of cellulose fibers. 溶融した熱可塑性樹脂と、セルロース繊維と、少なくとも一つの水溶性の多糖類とを混練するステップを含む、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の繊維強化樹脂組成物の製造方法。
A step of kneading the molten thermoplastic resin with the cellulose fibers and at least one water-soluble polysaccharide.
The method for producing a fiber-reinforced resin composition according to any one of claims 1 to 6.
前記混練するステップするステップに供される前記セルロース繊維の表面には、あらかじめ前記水溶性の多糖類が被覆されている、請求項7に記載の方法。 The method according to claim 7, wherein the surface of the cellulose fiber to be subjected to the step of kneading is previously coated with the water-soluble polysaccharide. 前記混練するステップの前に、
前記熱可塑性樹脂、前記セルロース繊維、前記水溶性の多糖類、及び、水を含む混合物を加熱して前記混合物から水を除去するステップを含む、請求項8に記載の方法。
Before the kneading step
8. The method of claim 8, comprising the step of heating a mixture containing the thermoplastic resin, the cellulose fibers, the water-soluble polysaccharide, and water to remove water from the mixture.
前記混合物を加熱するステップ及び前記混練するステップを、混練機内で行う、請求項9に記載の方法。 The method according to claim 9, wherein the step of heating the mixture and the step of kneading are performed in a kneader. 加熱前の前記混合物は、1重量部の前記水溶性の多糖類に対して、5〜100重量部の水を含む、請求項9又は10に記載の方法。 The method of claim 9 or 10, wherein the mixture before heating contains 5 to 100 parts by weight of water relative to 1 part by weight of the water-soluble polysaccharide. セルロース繊維と、前記セルロース繊維の表面を被覆する少なくとも一つの水溶性の多糖類の膜と、を備える、被覆繊維。 A coated fiber comprising a cellulose fiber and a film of at least one water-soluble polysaccharide that coats the surface of the cellulose fiber. 前記多糖類はプルランである、請求項12に記載の被覆繊維。 The coating fiber according to claim 12, wherein the polysaccharide is pullulan. セルロース繊維を少なくとも一つの水溶性の多糖類で被覆するステップを含む、
請求項12又は13に記載の被覆繊維の製造方法。
Including the step of coating the cellulose fibers with at least one water-soluble polysaccharide,
The method for producing a coated fiber according to claim 12 or 13.
前記被覆するステップは、前記セルロース繊維に前記多糖類を含む水溶液を接触させること、及び、前記セルロース繊維に接触した前記水溶液を乾燥させることを含む、請求項14に記載の方法。
15. The method of claim 14, wherein the coating step comprises contacting the cellulose fibers with an aqueous solution containing the polysaccharide and drying the aqueous solution in contact with the cellulose fibers.
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