WO2019163873A1 - 疎水化セルロース系繊維用の解繊助剤、それを使用する樹脂組成物の製造方法並びに成形体 - Google Patents
疎水化セルロース系繊維用の解繊助剤、それを使用する樹脂組成物の製造方法並びに成形体 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2019163873A1 WO2019163873A1 PCT/JP2019/006481 JP2019006481W WO2019163873A1 WO 2019163873 A1 WO2019163873 A1 WO 2019163873A1 JP 2019006481 W JP2019006481 W JP 2019006481W WO 2019163873 A1 WO2019163873 A1 WO 2019163873A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- group
- fiber
- defibrating
- composition
- resin
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/58—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with nitrogen or compounds thereof, e.g. with nitrides
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
- D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
- D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
- D21H11/16—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only modified by a particular after-treatment
- D21H11/18—Highly hydrated, swollen or fibrillatable fibres
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H15/00—Pulp or paper, comprising fibres or web-forming material characterised by features other than their chemical constitution
- D21H15/02—Pulp or paper, comprising fibres or web-forming material characterised by features other than their chemical constitution characterised by configuration
Definitions
- the present invention relates to a defibrating aid for hydrophobized cellulosic fibers, a method for producing a resin composition using the same, and a molded body.
- Microfibrillated cellulose fibers are fibrillated plant fibers or paper pulp to a micro or nano level thickness. Light weight and high strength.
- the strength characteristics of the composite including the fiber and the resin largely depend on the thickness of the fiber contained in the resin, or the affinity between the fiber and the resin and the dispersibility of the fiber in the resin. Therefore, research has been conducted on a method of microfibrillation by fibrillation treatment of cellulose fiber aggregates, a method of chemically modifying CNF to improve affinity and dispersibility with the resin to be combined, etc. ing.
- a mechanical method (a defibration method using a grinder, a ball mill, a high-speed homogenizer, jet water flow radiation, or the like) is known.
- Patent Document 1 discloses a non-chemically modified or chemically modified plant-derived fiber aggregate having a lignin content of 0 to 5% by weight and a wide variety of liquid substances (water, halogenated hydrocarbons having 2 to 10 carbon atoms, heteroatoms).
- a method of producing CNF or chemically modified CNF is disclosed in which a mixture with a hydrocarbon having 3 to 20 carbon atoms, carbon dioxide in a supercritical state, etc. may be contained at a high speed of about 1000 to 50000 rpm. .
- Patent Document 2 discloses a wide variety of organic solvents (aromatic hydrocarbons, aprotic polar solvents, alcohol solvents, ketone solvents, glycol ether solvents) including composite raw materials (at least one of a resin and a resin precursor).
- organic solvents aromatic hydrocarbons, aprotic polar solvents, alcohol solvents, ketone solvents, glycol ether solvents
- non-chemically modified or chemically modified cellulose fiber dispersions dispersed in a halogen-based solvent, etc. and defibration treatment (defibration treatment using a media mill such as a bead mill, defibration treatment (fine-sizing) by jetting, high-pressure homogenizer)
- defibration treatment defibration treatment using a media mill such as a bead mill, defibration treatment (fine-sizing) by jetting, high-pressure homogenizer
- a method of producing the organic solvent dispersion of CNF or chemically modified CNF containing the composite material by performing a defibrating treatment by a rotational defibrating method such as defibrating treatment by ultrasonic treatment or the like. Yes.
- Patent Document 3 discloses a wide variety of organic solvents (aromatic hydrocarbons, aprotic polar solvents, alcohol solvents) having a specific viscosity (1.0 mPa ⁇ S or more) and a refractive index (1.40 or more).
- organic solvents aromatic hydrocarbons, aprotic polar solvents, alcohol solvents
- a specific viscosity 1.0 mPa ⁇ S or more
- a refractive index (1.40 or more
- Non-chemically modified or chemically modified cellulose fibers dispersed in a solvent such as a ketone solvent, an ether solvent, a glycol ether solvent, etc.
- a method for producing an organic solvent dispersion of CNF or chemically modified CNF by performing defibration (miniaturization) treatment by, defibration treatment by a rotary defibration method such as a high-pressure homogenizer, or ultrasonic treatment) is disclosed. Yes.
- Patent Document 4 discloses a composition containing a chemically modified CNF and a thermoplastic resin by melting and kneading the chemically modified cellulose fiber in a melt-kneaded product while melting and kneading the specific chemically modified cellulose fiber and the thermoplastic resin. A method of manufacturing is disclosed.
- JP 2010-216021 A International publication WO2011 / 125801 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-36035 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-176052
- An object of the present invention is to provide a fibrillation aid that promotes the defibration properties of a hydrophobic cellulosic fiber assembly, and a resin composition containing the hydrophobic and microfibrillated cellulosic fibers using the same.
- a hydrogen atom of a hydroxyl group in a part of the cellulosic fiber has a general formula (A): Ra-CO- (wherein Ra has an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an electron-donating substituent). Or an acyl group represented by the general formula (B): Rb- (wherein Rb is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, 2-hydroxyethyl group, 2-hydroxypropyl).
- the amide compound is N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -valerolactam, N-methyl- ⁇ -valerolactam, ⁇ -caprolactam, N
- the fibrillation aid according to Item 1 which is at least one selected from the group consisting of -methyl- ⁇ -caprolactam, N-acetyl- ⁇ -caprolactam, undecane lactam and laurolactam.
- Item 3 is at least one selected from the group consisting of -methyl- ⁇ -caprolactam, N-acetyl- ⁇ -caprolactam, undecane lactam and laurolactam.
- the amide compound is selected from the group consisting of N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -caprolactam, N-methyl- ⁇ -caprolactam, undecanactam and laurolactam.
- Item 2. The defibrating aid according to Item 1, which is at least one kind.
- Item 4. The fibrillation according to Item 1, wherein the amide compound is at least one selected from the group consisting of N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and ⁇ -caprolactam. Auxiliary agent.
- the defibrating aid is at least selected from the group consisting of talc, clay, zeolite, aluminum oxide, calcium carbonate, titanium oxide, silica, magnesium oxide, mica, lithium chloride, N-methylmorpholine N-oxide and urea.
- the defibrating aid according to any one of Items 1 to 4, comprising a kind of defibrating auxiliary agent.
- the hydrogen atoms of some hydroxyl groups of the cellulosic fiber are represented by the general formula (A): Ra-CO- (wherein Ra is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an electron-donating group).
- the above-mentioned items 1 to 5 are defibrating aids for defibrating a hydrophobized cellulose fiber aggregate substituted with an acyl group represented by The fibrillation aid according to any one of the above.
- the defibrating aid is a defibrating aid for defibrating a hydrophobized cellulose fiber assembly in which some of the hydroxyl atoms of the cellulose fiber are substituted with an acyl group having 2 to 5 carbon atoms.
- Item 6. The defibrating aid according to any one of Items 1 to 5.
- the fibrillation aid is a fibrillation aid for defibrating a hydrophobized cellulosic fiber assembly in which hydrogen atoms of some hydroxyl groups of the cellulosic fiber are substituted with acetyl groups.
- the defibrating aid according to any one of 5.
- Item 9. Item 9.
- Item 11 (1) Using the defibrating aid according to any one of Items 1 to 10, the hydrogen atom of a hydroxyl group in a part of the cellulosic fiber is represented by the general formula (A): Ra-CO- (wherein Ra represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a phenyl group which may have an electron-donating substituent.), Or a general formula (B): Rb- (formula Rb represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a 2-hydroxyethyl group, a 2-hydroxypropyl group, a 2-cyanoethyl group or an allyl group.
- a method for producing a resin composition comprising a microfibrillated hydrophobic cellulosic fiber and a resin.
- Item 12. 11 The fibrillation aid according to any one of items 1 to 10, wherein a hydrogen atom of a hydroxyl group of a part of the cellulosic fiber is represented by the general formula (A): Ra—CO— (wherein Ra represents 1 to 4 carbon atoms).
- a step of mixing a fiber assembly and a resin, and defibrating and microfibrillating the hydrophobized cellulose fiber assembly according to any one of Items 1 to 10 during the mixing operation A method for producing a resin composition comprising a microfibrillated hydrophobic cellulosic fiber and a resin. Item 13.
- a hydrogen atom of a hydroxyl group of a part of the cellulosic fiber is represented by the general formula (A): Ra—CO— (where Ra is the number of carbon atoms)
- a microfibrillated hydrophobized cellulosic fiber, resin and phase further mixed with a compatibilizing agent A method for producing a resin composition containing a solubilizer. Item 15. Item 15. The method for producing a resin composition according to any one of Items 11 to 14, wherein the resin is one or more thermoplastic resins. Item 16.
- the thermoplastic resin is polyamide, polyolefin, aliphatic polyester, aromatic polyester, polyacetal, polycarbonate, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), polycarbonate-ABS alloy (PC-ABS alloy), and modified polyphenylene.
- Item 16 The method for producing a resin composition according to Item 15, which is one or more selected from the group consisting of ether (m-PPE).
- Item 17 A molded article comprising a resin composition produced by the production method according to any one of Items 11 to 16.
- the fibrillation aid of the present invention can favorably facilitate the fibrillation of a cellulose fiber aggregate hydrophobized with a specific chemical modification group into a microfibrillated state. Therefore, the defibrating aid of the present invention is useful as a defibrating aid for defibrating the specific hydrophobized cellulose fiber aggregate.
- the chemically modified and microfibrillated cellulosic fiber (chemically modified MFC) produced by defibration with the defibration aid of the present invention is hydrophobized by a specific chemical modification group. Therefore, the affinity with the thermoplastic resin is high. Therefore, this chemically modified MFC can be easily mixed with a thermoplastic resin and dispersed in the melt-kneaded composition in a fine or uniform or nearly uniform state. As a result, the molded body made of the melt-kneaded composition produced by the production method of the present invention is excellent in mechanical strength characteristics.
- the melt-kneaded material containing chemically modified MFC is produced according to the production method of the present invention. Can be obtained efficiently.
- FIG. 2 is an electron microscope observation image of AcNUKP manufactured in Manufacturing Example 1.
- FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of Example 1.
- FIG. It is the polarization microscope observation image (left) and electron microscope observation image (right) of the fiber in the sample produced from the composition manufactured by the method of Example 1.
- 6 is a schematic diagram for explaining a manufacturing method of Example 2.
- FIG. It is the polarization microscope observation image (left) and electron microscope observation image (right) of the fiber in the sample produced from the composition manufactured by the method of Example 2.
- It is a polarization microscope observation image (left) and an electron microscope observation image (right) of the fiber in the sample produced from the composition manufactured by the method of Comparative Example 3.
- FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of Example 3.
- FIG. It is the polarization microscope observation image (left) and electron microscope observation image (right) of the fiber in the sample produced from the composition manufactured by the method of Example 3.
- 6 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of Example 4.
- FIG. 10 It is the polarization microscope observation image (left) and the electron microscope observation image (right) of the fiber in the sample produced from the composition manufactured by the method of Example 4.
- 10 is a schematic diagram for explaining a manufacturing method of Example 5.
- FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of Example 10.
- FIG. 10 is the polarization microscope observation image (left) and electron microscope observation image (right) of the fiber in the sample produced from the composition manufactured by the method of Example 10.
- 10 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of Example 11.
- FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of Example 12.
- FIG. It is the polarization microscope observation image (left) and electron microscope observation image (right) of the fiber in the sample produced from the composition manufactured by the method of Example 12.
- 22 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of Example 14.
- FIG. It is the polarization microscope observation image (left) and electron microscope observation image (right) of the fiber in the sample produced from the composition manufactured by the method of Example 14.
- Cellulosic fiber means a fiber containing cellulose and / or lignocellulose derived from plants, microorganisms, algae, or caudate sub-animal (squirt).
- Lignocellulose is a complex hydrocarbon polymer (natural polymer mixture) that constitutes the tree cell wall, and is known to be composed mainly of polysaccharide cellulose, hemicellulose, and lignin, which is an aromatic polymer.
- lignocellulose means a substance composed of cellulose, hemicellulose, and lignin regardless of the lignin content and regardless of the presence or absence of a chemical bond between cellulose, hemicellulose, and / or lignin. .
- Pulp is obtained by separating plant-derived cellulosic fibers from whole plants or plant parts such as wood, bamboo, rice straw, and cotton, and is a fiber assembly (plant-derived) containing cellulose, hemicellulose and / or lignocellulose. Pulp). Moreover, the cellulose fiber aggregate (microorganism-derived pulp) derived from microorganisms, the cellulose fiber aggregate (algae-derived pulp) separated from algae, and the tail cord separated from a mixture of cellulose produced by microorganisms and microorganisms. It means a cellulosic fiber aggregate (squirt-derived pulp) that is separated from algae.
- Ligno pulp means pulp containing lignocellulose.
- Chemically modified microfibrillated cellulosic fiber means a cellulosic fiber that has been chemically modified and microfibrillated.
- chemical modification means that a substituent (chemical modification group) is introduced in place of the hydrogen atom of the hydroxyl group of the sugar chain constituting the cellulosic fiber (the hydroxyl group is chemically modified).
- microfibrillation does not mean that the diameter of each fiber is all in the nano order, but the diameter of the fiber is in the nano order, or the fiber existing inside or on the surface of the fiber is nano. It means becoming an order. Therefore, a fiber whose fiber diameter is defibrated to the nano order, a fiber whose surface is defibrated to the nano order even when the diameter of the thickest part of the fiber is more than nano order (for example, several ⁇ m), and A fiber in which these fibers are mixed is also interpreted as a microfibrillated fiber.
- a composition comprising a matrix and something other than a matrix.
- a resin is used as the matrix and fibers are used for the others, it is referred to as a resin-fiber composite, and may be referred to as a resin composite or a fiber composite.
- a specific fiber name may be used for the fiber, and a specific polymer name may be used for the resin (a unique name of the resin or a generic name of the resin such as a thermoplastic resin). Therefore, a composition containing a thermoplastic resin as a matrix and a chemically modified MFC is referred to as a thermoplastic resin-chemically modified MFC complex, and may be simply referred to as a thermoplastic resin complex or a chemically modified MFC complex. .
- composition is a process of kneading or mixing the resin and the chemically modified MFC, the chemically modified cellulose fiber, or the chemically modified cellulose fiber aggregate (chemically modified pulp). Also called.
- Accl Acyl group Alkyl: Alkyl group Ac: Acetyl group Bz: Benzoyl group LP: Lignopulp AcP: Pulp AcPF in which some of the hydroxyl atoms of cellulosic fibers in the pulp are acetylated AcPF: One of plant-derived cellulosic fibers MFC: Microfibrillated cellulosic fiber Acyl (A) MFC: The hydrogen atom of the hydroxyl group of a part of the cellulosic fiber is an acyl group represented by the general formula (A) Acylated and microfibrillated fiber Alkyl (B) MFC: an alkyl group in which the hydrogen atom of a part of the hydroxyl group of the cellulosic fiber may have a substituent represented by the general formula (B) Alkylated and microfibrillated fibers
- the hydrogen atom of a part of the hydroxyl groups of the cellulosic fiber has the general formula (A): Ra-CO- (wherein Ra is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or electron donation)
- alkyl group (B) that may have a substituent is a defibrating aid for defibrating a hydrophobized cellulose-based fiber aggregate,
- R 1 —CO—N (R 2 ) —R 3 (In the formula, R 1 and R 3 are the same or different and each represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or R 1 and R 3 together represent an alkylene having 3 to 11 carbon atoms.
- R 2 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an acyl group having 2 to 4 carbon atoms).
- the fibrillation aid of the present invention is a hydrophobic cellulose fiber assembly in which hydrogen atoms of some hydroxyl groups of cellulose fibers are substituted with an acyl group (A) or an alkyl group (B) that may have a substituent.
- the defibrated raw material In the defibrating treatment of the body (hereinafter collectively referred to as “the defibrated raw material”), the defibrated raw material has an MFC having the same substituent as the defibrated raw material (these are abbreviated as the present chemically modified MFC). ) Is encouraged to be defibrated.
- R 1 —CO—N (R 2 ) —R 3 , R 1 and R 3 are the same or different and each represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or R 1 and R 3 together represent an alkylene group having 3 to 11 carbon atoms.
- Examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms in R 1 and R 3 include a linear alkyl group (methyl, ethyl, n-propyl, and n-butyl), and a branched alkyl group (isopropyl, and tert-butyl). ). Of these, a methyl group, an ethyl group, and an n-propyl group are preferable.
- Examples of the alkylene group having 3 to 11 carbon atoms formed by combining R 1 and R 3 include trimethylene, tetramethylene, pentamethylene, decamethylene, etc., and include 3 to 5 carbon atoms and 9 to 11 carbon atoms.
- the alkylene group is preferable.
- an amide compound (general name lactam) having an alkylene group having 3, 5, 10 and 11 carbon atoms can be easily obtained from the market, R 1 and R 3 are formed together to form 3, 5 carbon atoms. 10 and 11 alkylene groups are preferred.
- alkyl group having 1 to 3 carbon atoms in R 2 examples include a linear alkyl group (methyl, ethyl, and n-propyl) and a branched alkyl group (isopropyl). Of these, a methyl group is preferred.
- acyl group having 2 to 4 carbon atoms in R 2 examples include acetyl and propionyl. Of these, acetyl is preferred.
- amide compound represented by the general formula (1) examples include N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -valerolactam, N-methyl- ⁇ -valerolactam, ⁇ -caprolactam, N-methyl- ⁇ -caprolactam, N-acetyl- ⁇ -caprolactam, undecane lactam, laurolactam and the like.
- N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -caprolactam, N-methyl- ⁇ -caprolactam, undecanactactam and laurolactam are preferred.
- More preferred amide compounds are N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -caprolactam and laurolactam, and the most preferred amide compound is ⁇ -caprolactam.
- two or more kinds of the above amide compounds can be mixed and used as the defibrating aid of the present invention.
- the fibrillation aid of the present invention includes at least one additive selected from the group consisting of talc, clay, zeolite, aluminum oxide, lithium chloride, N-methylmorpholine N-oxide, and urea in addition to the above amide compound ( This defibration auxiliary agent) can be included.
- the defibration auxiliary agent further facilitates defibration of the defibrating material.
- the defibrating auxiliary agent may be used simultaneously with the defibrating aid of the present invention or by adding to the defibrating material before or after the defibrating aid of the present invention.
- the blending ratio of the defibrating aid and the defibrating auxiliary agent is 0.001 to 0.5 parts by mass with respect to 1 part by mass of the defibrating aid.
- the amount is preferably 0.01 to 0.3 parts by mass.
- the defibrating material of the present invention is a hydrophobized cellulose fiber assembly in which hydrogen atoms of some hydroxyl groups of a cellulose fiber are substituted with an acyl group (A) or an alkyl group (B) that may have a substituent. It is.
- Cellulose fiber aggregates derived from plants, microorganisms, algae, or caudate subzoa (squirt) are used for the preparation of the defibrating material used in the present invention (the defibrating material). be able to. Among these, plant-derived cellulose fiber aggregates are preferable because they are easily available in large quantities.
- raw materials for plant-derived cellulosic fiber aggregates include wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, cotton, beet, agricultural waste, waste paper, and woven fabric.
- a cellulose-based fiber aggregate also referred to as wood pulp
- wood pulp a cellulose-based fiber aggregate derived from wood is preferable because it is easily available.
- Wood pulp includes those that do not contain lignin and those that contain lignin (that is, also referred to as lignocellulose fiber aggregate or lignopulp). Any of these can be used for the production of the defibrating material. Ligno pulp is preferable from the viewpoint of production cost.
- wood used as a raw material for wood pulp examples include softwood such as Sitka spruce, pine (Todomatsu, red pine, etc.), cedar and cypress, and broad-leaved wood such as eucalyptus and acacia. Plant-derived pulp obtained from these is preferably used in the production of the defibrating material.
- Wood pulp can be obtained by treating plant raw materials by methods such as mechanical pulping, chemical pulping, a combination of mechanical pulping and chemical pulping.
- pulp include kraft pulp and mechanical pulp (MP).
- kraft pulp include softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood oxygen-bleached unbleached kraft pulp (NOKP), and softwood bleached kraft pulp (NBKP).
- mechanical pulp include groundwood pulp (GP), refiner GP (RGP), thermomechanical pulp (TMP), chemithermomechanical pulp (CTMP), and the like.
- deinked waste paper, corrugated waste paper, magazines, copy paper, and the like can be used as pulp. Pulp may be used alone or in combination of two or more.
- Wood pulp contains lignocellulose and is mainly composed of cellulose, hemicellulose, and lignin.
- lignopulp a pulp in which lignin is not completely removed and lignin is present even in a small amount. Therefore, it is obtained by processing by the various pulping methods described above and is detected even in a small amount in the pulp. Those containing possible lignin are included in lignopulp.
- Lignopulp can be advantageously used in the present invention because of its high yield from raw materials, a small number of steps and a small amount of processing chemicals.
- the amount of lignin contained can be quantified by the Klarson method.
- the wood pulp is subjected to treatment such as disaggregation, beating, defibration, etc. in advance using a refiner or beater or a combination thereof, and the Canadian Standard Freeness (CSF) value (freeness) after treatment is given.
- CSF Canadian Standard Freeness
- 40 mL to 500 mL, preferably 40 mL to 300 mL, more preferably 40 mL to 200 mL can be used.
- Cellulose fibers derived from microorganisms can be obtained, for example, from pulp derived from microorganisms obtained by removing proteins and other contaminants from a mixture of cell bodies and cellulose fibers collected from a culture solution obtained by culturing acetic acid bacteria. .
- the cellulosic fibers derived from microorganisms are usually entangled with nano-level cellulose fibers in a mesh form, which can be used as a raw material for the hydrophobic cellulosic fiber aggregate.
- the fibrillation raw material of the present invention is characterized in that some of the hydroxyl atoms of the cellulose fiber are substituted with the acyl group (A) or the alkyl group (B) which may have a substituent. .
- substitution of a hydrogen atom of a hydroxyl group of a cellulosic fiber is referred to as “chemical modification”, and a substituent introduced in place of the hydrogen atom of the hydroxyl group is also referred to as “chemical modification group”.
- an acyl group (A) or an alkyl group (B) that may have a substituent as a substituent of the hydrogen atom of a part of the hydroxyl group of the fibrillation raw material, chemical modification with such a substituent
- the defibrated raw material thus improved not only has improved thermal stability, but is easily fibrillated during the defibrating process by the defibrating aid of the present invention, and is easily defibrated to the present chemically modified MFC. .
- this chemically modified MFC is also hydrophobized by being chemically modified with an acyl group (A) or an alkyl group (B) which may have a substituent, it is more hydrophobic than the original cellulose fiber. Since it is high, it has a high affinity with thermoplastic resins and is easily dispersed uniformly in the resin. Therefore, the molded product of the present invention comprising a composition containing the present chemically modified MFC and thermoplastic fibers produced using the defibrant of the present invention has excellent strength characteristics.
- the substituent in the raw material for fibrillation is preferably the acyl group (A) (Ra-CO-).
- the fibrillation raw material is produced by defibration using the defibration aid of the present invention, and is a cellulose fiber chemically modified with an acyl group (A) and microfibrillated (this cellulosic fiber, “Acyl (A) MFC”) has a high affinity with the thermoplastic resin and can be uniformly dispersed in the thermoplastic resin.
- the heat resistance of the defibrating material can be improved by selecting the acyl group (A) as a substituent in the defibrating material.
- Ra may have an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an electron donating substituent. A certain phenyl group is shown.
- the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms includes a linear alkyl group and a branched alkyl group. These linear alkyl groups include methyl, ethyl, n-propyl, and n-butyl, and the branched alkyl groups include isopropyl and tert-butyl.
- acyl group (A) in which Ra is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms an acyl group having 2 to 5 carbon atoms is preferable.
- Specific examples of such acyl groups include acetyl group, ethylcarbonyl group, n-propylcarbonyl group, and pivaloyl group. These are preferable in that the acylating agent used for acylation can be obtained at a lower cost than other acylating agents. Among these, an acetyl group is more preferable.
- acyl group (A) in which Ra may have an electron-donating substituent examples include benzoyl, 4-methylbenzoyl, 4-ethylbenzoyl, 4-methoxybenzoyl, 4-ethoxybenzoyl and the like. Is mentioned.
- aromatic acyl groups a benzoyl group, a 4-methoxybenzoyl group, and a 4-methylbenzoyl group are preferable because they can be used to obtain cellulosic fibers having particularly good thermal stability.
- a benzoyl group is more preferable because it is an acylating agent that is available at a lower price than an aromatic acylating agent and can be introduced into cellulosic fibers.
- the alkyl group (B) (Rb-), which may have a substituent, may be used as a substituent used in the defibrating material.
- Modified and microfibrillated cellulosic fiber (this cellulosic fiber is referred to as “Alkyl (B) MFC”) has a high affinity with the thermoplastic resin and is uniformly dispersed in the thermoplastic resin can do.
- Rb— which may have a substituent
- Rb is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, a 2-hydroxyethyl group, a 2-hydroxypropyl group, 2- A cyanoethyl group or an allyl group is shown.
- alkyl group having 1 to 4 carbon atoms examples include linear alkyl groups (methyl, ethyl, n-propyl, and n-butyl) and branched alkyl groups (isopropyl), and methyl and ethyl are preferable.
- the alkyl group (B) that may have a substituent is preferably a methyl group, an ethyl group, a 2-hydroxyethyl group, a 2-hydroxypropyl group, a 2-cyanoethyl group, or an allyl group.
- Alkyl (B) MFC which is produced as a result of defibrating the defibrating material chemically modified with these groups using the defibrating aid of the present invention, has a particularly high affinity with thermoplastic resins, It can be uniformly dispersed in the thermoplastic resin.
- the degree of modification by the acyl group (A) or the alkyl group (B) which may have a substituent in the raw material for fibrillation (the degree of substitution, also referred to as “DS”) is high in the cellulosic fiber constituting the cellulosic fiber aggregate. This is expressed to the extent that the hydrogen atom of the hydroxyl group present in one unit (repeating unit) of the molecule is substituted with the substituent.
- the cellulose fiber aggregate is entirely composed of cellulose (in the case of cellulose), this repeating unit is a glucopyranose residue and the number of hydroxyl groups per unit is 3, so the upper limit of the degree of substitution is 3 It is.
- the cellulosic polymer is lignocellulose
- the lignocellulose contains hemicellulose and lignin together with cellulose.
- the number of hydroxyl groups of the xylose residue in xylan and the galactose residue in arabinogalactan contained in hemicellulose is 2, and the number of hydroxyl groups of the standard lignin residue is 2, and the number of hydroxyl groups is 3 Smaller than.
- the upper limit of the degree of substitution in the lignocellulosic fiber aggregate (ligno pulp) is smaller than 3.
- the upper limit of the degree of substitution is about 2.7 to 2.8 depending on the contents of hemicellulose and lignin contained in the lignocellulosic fiber (ligno pulp).
- the degree of substitution (DS) with the acyl group (A) or the alkyl group (B) that may have a substituent is also preferably about 0.1 to 1.5 in the fiber (the present chemically modified MFC).
- the degree of substitution (DS) is more preferably about 0.2 to 1.2, and still more preferably about 0.3 to 1.2.
- the substitution degree (DS) when the acyl group (A) is an acetyl group is more preferably about 0.4 to 1.2.
- a chemically modified MFC having a DS in the above range has an appropriate crystallinity and SP (solubility parameter), and is therefore uniformly dispersed in a matrix (thermoplastic resin) and melted containing such chemically modified MFC.
- the kneaded composition has excellent physical properties.
- the degree of substitution can be analyzed by various analytical methods such as neutralization titration, FTIR, two-dimensional NMR ( 1 H and 13 C-NMR).
- the microfibrillated cellulosic fiber does not mean a fiber in which the diameters of the respective fibers constituting the above-described cellulosic fiber aggregate are all microfibrillated to the nano order, but are microfibrillated.
- the fiber diameter of the chemically modified microfibrillated cellulose fiber (chemically modified MFC) referred to in this specification is about several tens of nm to several ⁇ m.
- microfibrillated cellulosic fiber in the present chemically modified MFC is not the meaning of the fiber in which the diameter of each fiber is all microfibrillated to the nano-order, as described above.
- the cellulosic fiber is contained, and the diameter of the above-mentioned cellulosic fiber is nano-order, or the diameter of the fiber inside or on the surface of the fiber is nano-order.
- the fiber diameter and fiber length of the MFC and the present chemically modified MFC can be measured by taking a scanning electron microscope (SEM) photograph of 500 to 10,000 times.
- the average value of fiber diameter (average fiber diameter) and the average value of fiber length (average fiber length) can be obtained as an average value when measuring at least 50 MFCs or chemically modified MFCs in the field of view of SEM. .
- the fiber diameter and fiber length of the chemically modified MFC are as described above.
- thermoplastic resin composite When taking an SEM photograph of the present chemically modified MFC in the thermoplastic resin composite, a solvent (for example, polyamide composite and polyester composite) in which the thermoplastic resin is soluble and the present chemically modified MFC is insoluble.
- the body is hexafluoroisopropanol
- the polycarbonate composite is dichloromethane
- the polyethylene composite and the polypropylene composite are nonpolar high-boiling hydrocarbons such as decalin and xylene
- the thermoplastic resin in the thermoplastic composite is eluted. It is preferable to take an SEM photograph of the present chemically modified MFC.
- the defibrating material of the present invention may acylate a part of the hydroxyl group of the cellulosic fiber with the acyl group represented by the general formula (A), or may have a substituent represented by the general formula (B). It can be produced by etherification with an alkyl group.
- a plant-derived cellulose fiber aggregate (pulp) is used as a raw material for this acylation or etherification.
- the pulp is refined or beater or a combination of these in advance, and the pulp is processed to be disaggregated, beaten, defibrated, etc., and the Canadian Standard Freeness (CSF) value (freeness) after treatment is 40 mL to 500 mL.
- CSF Canadian Standard Freeness
- the defibration raw material As a raw material for producing the defibration raw material, it is preferable to use a wood-derived lignocellulosic fiber aggregate, and in this case, it is more preferable to use lignopulp. Since lignopulp is less expensive than pulp that does not contain lignin at all, it is possible to produce a resin composite containing fibers in which the fibrillation raw material is fibrillated and a molded product of the present invention comprising the same at low cost. it can. In order to obtain a melt-kneaded composition with little coloring, the lignin content of lignopulp is preferably 15% by mass or less, more preferably about 7% or less, and more preferably about 5% or less. Is most preferred.
- Examples of the shape of the cellulosic fiber aggregate (pulp, hereinafter sometimes referred to as raw material pulp) used for the preparation of the defibrating material (chemically modified pulp) include cotton, paper, sheet, and nonwoven fabric. It is done. When a paper-like, sheet-like, or non-woven fabric-like material is used, it is preferable that it is subjected to a fibrillation treatment step by mixing it with a resin in advance in the form of cotton or powder by means of cutting, grinding, etc. after chemical modification.
- the acylation of the raw pulp with the acyl group (A) is a known method, for example, reacting the acylating agent having an acyl group (A) with the raw pulp while stirring in a solvent or in a stationary state. Can be performed.
- Examples of the acylating agent having an acyl group (A) include carboxylic acid halides such as carboxylic anhydrides and carboxylic acid chlorides, and carboxylic acid vinyl esters. Among these, a carboxylic acid vinyl ester) is preferable because it is easy to remove a by-product from the reaction system.
- acylating agents other than carboxylic acid vinyl esters for example, carboxylic acid chlorides and carboxylic acid anhydrides
- carboxylic acid chlorides and carboxylic acid anhydrides it is preferable to add an organic base or an inorganic base in order to capture acids (hydrochloric acid, carboxylic acid, etc.) by-produced in the acylation reaction during the reaction.
- an organic base or an inorganic base in order to capture acids (hydrochloric acid, carboxylic acid, etc.) by-produced in the acylation reaction during the reaction.
- the salt to be produced is likely to be mixed into the acylated cellulosic fiber and the target acylated cellulosic fiber may be colored due to this, it is necessary to carefully purify in this case.
- an acylating agent in which the acyl group (A) has an acyl group selected from the group consisting of an acetyl group, a pivaloyl group, a benzoyl group, a 4-methoxybenzoyl group, and a 4-methylbenzoyl group When used, an acylated microfibrillated cellulose fiber having particularly good thermal stability can be produced, which is preferable.
- acylating agent having an acyl group examples include vinyl acetate, acetic anhydride, vinyl pivalate, pivalic anhydride, vinyl benzoate, vinyl 4-methoxybenzoate, vinyl 4-methylbenzoate and the like.
- acylating agents having an acetyl group are preferred from the viewpoint of production cost.
- the acylation reaction is preferably performed in a solvent in the presence of a base.
- the solvent a solvent that does not react with the acylating agent, easily swells the acylating raw material, and can be easily removed from the reaction system after the reaction with the acylating raw material is preferable.
- Examples of such a solvent include polar aprotic solvents such as N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), and dioxane.
- NMP N-methylpyrrolidone
- DMF dimethylformamide
- DMAc dimethylacetamide
- dioxane dioxane
- the acylating agent and by-product can be used as a solvent.
- the amount of the solvent used is about 0 to 3 parts by mass with respect to 1 part by mass of the acylation raw material.
- the amount of solvent used is about 0 (no solvent) to about 3 parts by mass with respect to 1 part by mass of the acylating raw material. is there.
- Examples of the base include amines such as pyridine and dimethylaniline; alkali metal salts of acetic acid such as potassium acetate and sodium acetate; carbonates of alkali metals such as lithium carbonate, potassium carbonate and sodium carbonate.
- the amount of the base used is about 0.1 to 1 mol with respect to 1 mol of the hydroxyl group in the acylation raw material.
- the amount of the acylating agent used for the raw material pulp can be appropriately adjusted depending on the water content of the raw material pulp, the target acylation degree (degree of substitution, DS), and the like.
- the degree of acylation during the acylation reaction is determined by collecting the amount required for analysis from the reaction mixture, and then washing unreacted acylating agents, acylation by-products, etc. by washing, extraction, etc. After removal, the FTIR spectrum can be measured and quantified using a calibration curve prepared in advance. Therefore, when the target DS is reached, the reaction is stopped, and the reaction mixture is subjected to normal purification operations such as filtration, washing, extraction, etc., so that an acylated cellulose fiber aggregate having the target DS is obtained. (Acylated pulp) can be obtained.
- the amount of acylating agent used is about 0.5 to 2 moles of the number of moles of hydroxyl groups present in the raw pulp.
- the reaction temperature is usually about 10 to 120 ° C., preferably about 20 to 100 ° C.
- the reaction time is usually about 2 to 24 hours when acylating wood-derived raw material pulp, and usually about 4 to 100 hours when acylating fine material-derived raw material pulp.
- Etherification is a reaction that forms an ether bond between an oxygen atom of a part of hydroxyl groups in the pulp and an alkyl group (B) that may have a substituent.
- This reaction for forming an ether bond is called an etherification reaction, and a chemical used for etherification is called an etherifying agent.
- the etherification reaction is usually performed by reacting the etherifying agent and the etherification raw material in a suspended state while stirring in a solvent.
- the same acylated raw material (raw pulp) can be used.
- the etherification reaction is preferably performed in a solvent in the presence of a base.
- the etherifying agents used are as follows.
- Rb- in the general formula (B) is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an allyl group
- a corresponding halide for example, halogenated (alkyl having 1 to 4 carbon atoms) or halogen is used as an etherifying agent. Allyl chloride) can be used.
- Rb- is a 2-hydroxyethyl group or a 2-hydroxypropyl group
- an epoxide ethylene oxide or propylene oxide
- Rb- is a 2-cyanoethyl group
- acrylonitrile is used as an etherifying agent.
- the alkyl group (B) which may have a substituent is selected from the group consisting of a methyl group, an ethyl group, a 2-hydroxyethyl group, a 2-hydroxypropyl group, an allyl group, and a 2-cyanoethyl group. It is preferable to perform etherification to be at least one selected because an etherified cellulose fiber having good thermal stability can be produced at low cost.
- the solvent is preferably a solvent that is non-reactive with the raw material pulp, easily swells the raw material pulp, and can be easily removed from the reaction system after the reaction with the raw material pulp.
- a solvent include the same solvents as in the above acylation.
- the amount of solvent used is the same as in the case of the acylation.
- Examples of the base include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and lithium hydroxide.
- the amount of the base used is about 1 to 2 equivalents relative to the etherifying agent.
- the reaction temperature is usually about 0 to 100 ° C., preferably about 10 to 90 ° C.
- the reaction time varies depending on the amount of the etherifying agent and the base used, but is usually 0.5 to 10 hours.
- the amount of the etherifying agent used for the raw material pulp can be appropriately adjusted depending on the water content of the raw material pulp and the target degree of etherification (substitution degree, DS) for the raw material pulp.
- the degree of etherification (degree of substitution, DS) can be followed by collecting an amount necessary for analysis from the reaction mixture, purifying the reaction mixture from this, and measuring, for example, an NMR spectrum.
- the preferred DS value for etherification is as described above.
- the method of defibrating the defibrated material and the method for producing the composition containing the defibrated chemically modified nanofibrillated cellulosic fiber The defibrated material is defibrated according to the present invention.
- the agent for fibrillation water or a mixed solvent of water and an organic solvent soluble in water, or an organic solvent in which the chemically modified cellulose fiber and the thermoplastic resin to be combined are insoluble
- It can be performed by performing a defibrating treatment such as stirring and kneading in a state where the defibrating raw material is dispersed.
- the defibrating raw material can be defibrated in the molten thermoplastic resin. . It is preferable to use a uniaxial or multiaxial kneader for this melt kneading.
- the used defibrating aid may be contained in the resin composition or may be removed from the resin composition. It is preferable to remove the defibrating aid from the resin composition in terms of strength characteristics of the formed article. However, it is not necessary to completely remove the fibrillation aid, and it may be removed to the extent that it does not affect the physical properties of the resin composition obtained. Even if a minute amount of the defibrating aid remaining in the resin composition, by analyzing and detecting it, it can be known that the resin composition is produced by the production method of the present invention. Useful for product tracking.
- a fibrillation aid that is solid at room temperature for example, ⁇ -caprolactam
- Examples of the production method of the present invention relating to a resin composition containing chemically modified microfibrillated cellulose fibers include the following methods I to III.
- Method I is a method for producing a resin composition containing chemically modified MFC by defibrating a chemically modified cellulose fiber assembly (the above-mentioned defibrating material) and then combining it with a resin.
- Hydrophobized cellulose fiber (chemical modification) microfibrillated by defibrating the hydrophobized cellulose fiber aggregate (the defibration raw material) using the defibrating aid of the present invention.
- a chemically modified MFC comprising a first step of producing a microfibrillated cellulosic fiber or a chemically modified MFC), and (2) a second step of mixing the chemically modified MFC obtained in the first step and a resin. It is a manufacturing method of the resin composition containing a resin.
- Method II a mixture containing three types of the defibrating aid of the present invention, a chemically modified cellulose-based fiber aggregate (the fibrillation raw material described above) and a resin is prepared, combined, and chemically modified MFC is contained. This is a method for producing a resin composition.
- the fibrillation aid of the present invention the hydrophobized cellulose fiber aggregate (the defibration raw material), and the resin are mixed, and the resulting mixture is mixed and operated to perform the hydrophobized cellulose fiber.
- Production of a resin composition containing a microfibrillated hydrophobized cellulosic fiber (chemically modified MFC) and a resin, including a step of defibrillating and microfibrillating the aggregate (the defibration raw material described above) Is the method.
- Method III the fibrillation aid of the present invention, the chemically modified cellulose fiber aggregate (the fibrillation raw material described above), and the resin are mixed and combined, and then the fibrillation aid of the present invention is removed.
- This is a method for producing a resin composition containing chemically modified MFC.
- the defibrating aid of the present invention, the hydrophobized cellulose fiber aggregate (the present defibrating raw material) and a resin are mixed, and the hydrophobized cellulose fiber aggregate (the present defibrating raw material) is disassembled.
- the first step of fiberizing and microfibrillation, and (2) the fibrillation aid of the present invention obtained in the first step, the microfibrillated hydrophobic cellulosic fiber (chemically modified MFC), and the resin It is a manufacturing method of the resin composition containing the microfibrillated hydrophobic cellulosic fiber (chemically modified MFC) and resin including the 2nd process of removing a disentanglement adjuvant from a mixture.
- a compatibilizing agent may be further mixed. preferable.
- the mixing state of the chemically modified MFC and the thermoplastic resin particularly, a highly hydrophobic thermoplastic resin (for example, polypropylene, polyethylene, etc.) is improved.
- the strength characteristics of the molded body are improved.
- a polymer compound having a hydrophobic polymer and a hydrophilic group or a hydrophilic fragment As the compatibilizing agent, it is preferable to use a polymer compound having a hydrophobic polymer and a hydrophilic group or a hydrophilic fragment.
- a polymer compound having a hydrophobic polymer and a hydrophilic group or a hydrophilic fragment Specific examples of such a polymer compound include maleic anhydride-modified polypropylene, maleic anhydride-modified polyethylene, or a block polymer composed of a hydrophobic fragment and a hydrophilic fragment.
- solubility parameter (SP value) of about 12 to 15, preferably about 12.5 to 14.5.
- the thermoplastic resin to be used is preferably one type or two or more types of thermoplastic resins.
- a highly hydrophobic thermoplastic resin for example, polypropylene, polyethylene, etc.
- a chemically modified cellulose fiber that is larger than the SP value of this highly hydrophobic thermoplastic resin and used.
- a thermoplastic resin for example, polylactic acid, polyamide 6 or the like
- a highly hydrophobic thermoplastic resin for example, polypropylene or polyethylene
- polypropylene (SP value is 8.1) as a thermoplastic resin and chemically modified microfibrillated cellulose fiber having an SP value of about 14 (for example, microfibrillated acetylligno having an SP value of about 14).
- SP value is 11.4
- SP value is 12.2
- polylactic acid (SP value is 11.4)
- SP value is 12.2
- SP value is 12.2
- thermoplastic resin As the resin used in the method for producing a composition containing the fiber and resin of the present invention, among various resins, a thermoplastic resin is preferably used because of its excellent productivity and versatility.
- thermoplastic resins polyamide, polyolefin, aliphatic polyester, aromatic polyester, polyacetal, polycarbonate, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin), polycarbonate-ABS alloy (PC-ABS alloy) and modified polyphenylene ether (m-PPE).
- thermoplastic resin may be used alone or as a mixed resin of two or more.
- PA polyamide
- polyamide 6 polyamide 6
- polyamide 66 nylon 66, PA66
- polyamide 610 PA610
- polyamide 612 PA612
- polyamide 11 PA11
- polyamide 12 PA12
- polyamide 46 Polyamide XD10 (PAXD10), polyamide MXD6 (PAMXD6) and the like can be preferably used.
- polypropylene polypropylene
- PE polyethylene
- HDPE high-density polyethylene
- MAPP maleic anhydride-modified polypropylene
- Polyisobutylene hereinafter also referred to as “PIB”), polyisoprene (hereinafter also referred to as “IR”), polybutadiene (hereinafter also referred to as “BR”) and the like can be preferably used.
- PIB polyisobutylene
- IR polyisoprene
- BR polybutadiene
- polypropylene isotactic polypropylene (iPP), syndiotactic polypropylene (sPP) or the like can be preferably used.
- polymers or copolymers of diols and aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid and valeric acid (for example, polybutylene succinate (PBS)), hydroxycarboxylic acids such as glycolic acid or lactic acid alone
- PBS polybutylene succinate
- hydroxycarboxylic acids such as glycolic acid or lactic acid alone
- a polymer or copolymer for example, polylactic acid, poly ⁇ -caprolactone (PCL), etc.
- PCL poly ⁇ -caprolactone
- a diol, an aliphatic dicarboxylic acid, and a copolymer of the hydroxycarboxylic acid can be preferably used.
- aromatic polyester a polymer of a diol such as ethylene glycol, propylene glycol or 1,4-butanediol and an aromatic dicarboxylic acid such as terephthalic acid can be preferably used.
- a polymer of a diol such as ethylene glycol, propylene glycol or 1,4-butanediol and an aromatic dicarboxylic acid such as terephthalic acid
- PET polyethylene terephthalate
- PPT polypropylene terephthalate
- PBT polybutylene terephthalate
- polyacetal also referred to as polyoxymethylene, POM
- a copolymer of paraformaldehyde and oxyethylene can also be preferably used.
- PC polycarbonate
- a reaction product of bisphenol A or its derivative bisphenol and phosgene or phenyl dicarbonate can be preferably used.
- PS polystyrene
- HIPS general-purpose PS
- a styrene copolymer acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, ABS resin
- ABS resin acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
- a blend of polycarbonate (PC) and ABS (PC-ABS alloy) is excellent in impact resistance, weather resistance and molding processability, and therefore used as a matrix for the resin composition in each of the above production methods of the present invention. It is preferable.
- the blend product of PPE and PS is a kind of polyphenylene ether (PPE) modified product (m-PPE).
- PPE-PS blend product is preferably used because of its high heat resistance and light weight.
- thermoplastic resins other than those described above include, for example, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, fluororesin, (meth) acrylic resin, (thermoplastic) polyurethane, vinyl ether resin, polysulfone resin, and cellulose resin (for example, triethylene resin).
- polyvinyl chloride polyvinylidene chloride
- fluororesin fluororesin
- (meth) acrylic resin thermoplastic
- thermoplastic polyurethane vinyl ether resin
- polysulfone resin polysulfone resin
- cellulose resin for example, triethylene resin.
- Acetylated cellulose, diacetylated cellulose, acetylbutyl cellulose, etc. can be used.
- the composite of the thermoplastic resin and the chemically modified microfibrillated cellulose fiber is preferably performed by a melt kneading method.
- the defibrating material is chemically modified in the molten thermoplastic resin while melt-kneading the defibrating material (also referred to as chemically modified cellulose fiber aggregate or chemically modified pulp) and the thermoplastic resin.
- This is a step of defibrating microfibrillated cellulosic fibers (chemically modified MFC) to produce a composition containing the chemically modified MFC and a thermoplastic resin.
- melt-kneaded composition contains additives other than the defibrating aid, it is added in the raw material mixing step or the melt-kneaded step to be melt-kneaded, and the defibrated material and the thermoplastic resin are melt-kneaded together. It is preferable.
- the melt-kneaded composition can be produced by melt-kneading a thermoplastic resin, the present defibrating raw material, the defibrating aid of the present invention, and if necessary an additive.
- the heating temperature can be adjusted according to the melting point of the thermoplastic resin used.
- a minimum processing temperature of about ⁇ 10 ° C. recommended by a thermoplastic resin supplier is preferable. By setting the heating temperature within this temperature range, the chemically modified MFC and the thermoplastic resin can be uniformly mixed.
- the melt-kneading time may be adjusted within the range recommended by the manufacturer of the kneader, taking into consideration the production amount, and operating conditions such as the performance of the apparatus and the rotational speed. A shorter heating time is preferable because deterioration due to heat and oxidation of the melt-kneaded product can be prevented. In order to prevent deterioration due to heating and oxidation during melt kneading, it is preferable to add an additive such as an antioxidant and knead in a nitrogen atmosphere.
- a uniaxial or multi-axial kneader can be preferably used. It is preferable to increase the rotational speed of the uniaxial or multiaxial kneader to be used, because the chemically modified pulp is easily microfibrillated during the melt-kneading process.
- the chemically modified pulp is fibrillated by the action of shear stress and fibrillation aid during kneading, and microfibrillated, and the resulting chemically modified clofibrillated cellulosic fiber is prevented from agglomerating between fibers. It is well dispersed in the thermoplastic resin.
- chemically modified pulp having a fiber diameter of several tens to several hundreds of ⁇ m is defibrated into chemically modified microfibrillated cellulose fibers having a fiber diameter of several tens to several ⁇ m during kneading.
- the raw material for defibration can be combined with the thermoplastic resin while being defibrated by the shear stress of the melt kneader and the action of the defibrating aid during melt kneading with the thermoplastic resin. For this reason, according to the melt-kneading method, the manufacturing process is simple, and the manufacturing cost can be reduced.
- the chemically modified cellulose fiber aggregate also referred to as chemically modified pulp or the present defibrating raw material
- the thermoplastic resin it is also possible to mix both in advance.
- a chemically modified MFC or chemically modified pulp in a dry state and a powdery or granular thermoplastic resin can be mixed, and the resulting mixture can be supplied to a kneader.
- a chemically modified pulp and a powdery or granular thermoplastic resin which are dispersed in a dispersion in which they are not dissolved, mixed, and dried, can be supplied to a kneader.
- a mixing means it is preferable to use a bench roll, a Banbury mixer, a kneader, a planetary mixer, a Henschel type mixer, a stirrer with stirring blades, or a revolving or rotating stirrer.
- a bench roll it is preferable to use a Banbury mixer, a kneader, a planetary mixer, a Henschel type mixer, a stirrer with stirring blades, or a revolving or rotating stirrer.
- a wet media type attritor or a wet pulverizer trigonal The reason is that the defibration and dispersion of the chemically modified pulp and the mixing of the chemically modified pulp and the thermoplastic resin can be performed simultaneously.
- the content ratio of the chemically modified microfibrillated cellulose fiber (chemically modified MFC) in the melt-kneaded composition produced by the production method of the present invention is usually 1 to 40 mass relative to the total mass of the resin and the chemically modified MFC. %, Preferably 3 to 30% by mass.
- the melt-kneaded composition produced by the production method of the present invention can also be used as a master batch.
- the content of the chemically modified MFC is preferably about 10 to 40% by mass with respect to the total mass of the thermoplastic resin and the chemically modified MFC.
- the composition produced by the production method of the present invention is a composition in which a thermoplastic resin and a chemically modified MFC are melt-kneaded.
- the resin or resin precursor solution and the cellulosic fiber are more productive than the method of manufacturing the composite by impregnating the nonwoven fabric, and therefore the chemically modified MFC is produced with high productivity by the manufacturing method of the present invention.
- the resin composition to contain can be manufactured.
- the melt-kneaded composition of the present invention can contain additives as long as the effects of the present invention are not impaired.
- additives include compatibilizers, surfactants, starches, alginic acid and other polysaccharides, gelatin, glue, casein and other natural proteins, tannins, zeolites, ceramics, metal powders and other inorganic compounds, colorants, plastics Agents, pigments, antistatic agents, ultraviolet absorbers, antioxidants and the like.
- Molded product The molded product of the present invention can be produced using the melt-kneaded composition produced by the production method of the present invention.
- melt-kneaded composition processed into various shapes such as a pellet form, a powder form, a sheet form, plate shape, a film form, can be used as a molding material, for example.
- molding methods include injection molding, mold molding, extrusion molding, and the like.
- shape of the molded body include a sheet shape, a plate shape, a film shape, and a three-dimensional structure.
- Various shaped molded bodies can be produced by the molding method according to the application.
- the molded body produced from the melt-kneaded composition produced by the production method of the present invention can be used in fields where mechanical strength (such as tensile strength) is required.
- interior materials, exterior materials, structural materials, etc. for transportation equipment such as automobiles, trains, ships, airplanes, etc .
- housings, structural materials, internal parts, etc. for electrical appliances such as personal computers, televisions, telephones, watches, etc.
- Casings, structural materials, internal parts, etc. for mobile communication devices such as mobile phones; portable music playback equipment, video playback equipment, printing equipment, copying machines, sports equipment, etc., construction materials, internal parts, etc .; building materials; It can be used effectively as office equipment such as stationery, containers and containers.
- -Pass The number of times the material to be kneaded (test material) is supplied to the biaxial kneader and applied to the kneader is called "pass".
- “1 pass” means that the test material has been subjected to the first kneading machine
- “first pass” means that the test material was first subjected to kneading (as the first time)
- “second pass”. Means that the material once applied to the kneader was then applied to the kneader for the second time.
- Extrusion Means that a workpiece (test material) is supplied to a kneader (also called an extruder) and kneaded. -Cold: It means that the treatment is performed at a temperature of 0 to about 30 ° C.
- (A) Used raw materials In the following examples and comparative examples, the following raw materials were used.
- MAPP Compatibilizer / maleic acid-modified polypropylene
- Defibering auxiliary agent / Clay Shiraishi calcium
- ORBEN-M Organic treatment for polyamide
- General talc Nihon Talc
- Microace MSZ-C Average particle size 12.8 ⁇ m
- Amino-based surface treatment (4)
- Additives / Antioxidants hereinafter referred to as “AO”): BASF, Irganox 1010, phenolic antioxidants
- the fiber-containing composition (fiber and PA6-containing composition, or fiber and POM-containing composition) was processed in the same manner as in the above a-2) to prepare an observation sample.
- the fiber-containing composition (fiber, PE, MAPP and PLA-containing composition) was processed in the same manner as in the above a-1) to prepare an observation sample.
- observation sample (i) About 2 mm square test piece was cut out from the fiber-containing composition. (ii) A test piece was placed on a slide glass, and a cover glass was placed thereon. (iii) Pressurization was performed with a press machine heated to 220 to 250 ° C., and the test piece was thinned. (iv) The sliced sample was put on ice water and rapidly cooled to obtain an observation sample.
- the strength test was done using the universal testing machine (Shimadzu AG5000E type). The test conditions were a distance between fulcrums of 64 mm and a test speed of 10 mm / min.
- ⁇ Production Example 1> Production of AcNUPP (lot number (1) EY262) DS 0.89 ⁇ Used pulp: Conifer unbleached kraft pulp (NUKP) NUKP manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd. was refined and its freeness (CSF) was adjusted to 105 ml. The refined NUKP was paper-made to prepare a sheet-like NUKP (thickness: about 0.2 mm). NUKP components (mass%): cellulose (78.3%), hemicellulose (11.3%), lignin (10.4%).
- TUKP Todomatsu-derived unbleached kraft pulp (TUKP) Nippon Paper Industries Co., Ltd. TUKP was refined to obtain a TUKP having a freeness (CSF) of 255 ml, and paper was made to obtain a sheet-like TUKP having a thickness of about 0.2 mm. TUKP component (mass%): cellulose (84.3%), hemicellulose (13.7%), lignin (2%). Solid content 74% by mass.
- each functional group constituting the chemically modified pulp is indicated by the mass part of each functional group.
- Ac represents the mass part of the acetyl group
- Lig represents the mass part of the lignin residue.
- Cell + Hem indicates the total mass part of the mass part of the glucan residue of cellulose constituting the chemically modified pulp and the mass part of the residue of saccharide (mannan, xylan, etc.) constituting hemicellulose.
- Example 1 Test number PP754 A schematic diagram illustrating the production method of Example 1 is shown in FIG. In FIG. 2, lactam indicates ⁇ -caprolactam.
- 2.27 in the above (2.27 + 10) means the mass ratio of the acetyl group (Ac) of AcNUKP in the total mass of the mixture (this is calculated from the DS value of AcNUKP).
- 10 in the above (2.27 + 10) means a mass ratio of the fiber component (that is, cellulose + hemicellulose) in the total mass of the mixture.
- composition ratios of the mixture and the kneaded product shall follow this notation.
- composition ratio of the molded body (test piece) described in the table showing the strength test results in this specification
- mass ratio of the composition ratio of each component to the total mass of the molded body excluding the antioxidant
- the labeling of the chemically modified fiber contained is described by its abbreviation (for example, acetylated softwood unbleached kraft pulp is described by its abbreviation AcNUKP), but the contained mass is converted to unmodified fiber. (That is, the content of AcNUKP is converted to NUKP).
- the extruder cylinder is heated at 70 ° C. (feed section, sometimes referred to as “upstream section”) to 130 ° C. (metering section, sometimes referred to as “downstream section” in this specification), and the vent is Dehydration extrusion was performed by passing the mixture passed through one pass through the provided twin-screw kneader.
- the mixture was melt kneaded with a biaxial kneader. And in order to remove remaining water and epsilon caprolactam, it deaerated by the vacuum vent.
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarizing microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG.
- the fiber diameter of the thick fiber is about 25 ⁇ m
- the fiber diameter of the thin fiber is about several tens nm to 2 ⁇ m. And it was observed that the number of fibrillated fibers increased.
- test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 2 The results are shown in Table 2.
- composition ratio of the components contained in the test piece (molded body) described in the table showing the results of the strength test is the composition ratio of each component to the total mass of the molded body excluding the antioxidant ( Mass ratio).
- the indication of the chemically modified fiber contained is described by its abbreviation (for example, acetylated softwood unbleached kraft pulp is described by its abbreviation AcNUKP), but the contained mass is converted to unmodified fiber (That is, the content of AcNUKP is converted to NUKP).
- abbreviation for example, acetylated softwood unbleached kraft pulp is described by its abbreviation AcNUKP
- the contained mass is converted to unmodified fiber (That is, the content of AcNUKP is converted to NUKP).
- Example 2 Test number PP717 A schematic diagram illustrating the production method of Example 2 is shown in FIG.
- Example 2 The method of Example 2 is the same as Example 1 except that three components of PP, MAPP, and clay (defibration auxiliary agent) are added at once instead of adding PP and MAPP in the third pass. .
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarization microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG.
- the fiber diameter of the thick fiber was about 5 to 20 ⁇ m, and according to the electron microscope observation image, the fiber diameter of the thin fiber was about 100 to 500 nm.
- test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 2 The results are shown in Table 2.
- Comparative Example 1 PP molded body (non-fiber reinforced PP) A commercially available pellet-shaped PP was processed into a molded body (width 10 mm ⁇ length 80 mm ⁇ thickness 4 mm) at a cylinder temperature of 190 ° C. by an injection molding machine (manufactured by Nissei Plastic Industries, NPX7 type, clamping force 7 tons).
- Test number PP618 Mated molded product of PP and PLA, fiber non-reinforced
- the kneading cylinder was set at 170 ° C. and melt kneaded.
- the obtained composition was processed into an injection-molded product by the same method as described above.
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarizing microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG.
- This kneaded material was processed into an injection molded body in the same manner as described above.
- the method in which all the raw materials are mixed together, put into a biaxial kneader and kneaded in this way is called batch kneading, and the obtained composition is called a batch kneaded composition.
- Test number PP610 two-stage kneaded composition
- AcNUKP (lot number (1) EY262) was slurried in isopropyl alcohol (IPA) and PLA powder was added. Then, the filter cake was obtained by stirring and filtering. This was put into a stirring dryer (TX5: manufactured by Inoue Seisakusho Co., Ltd., content 5 L) together with AO and stirred and dried.
- melt-kneaded product referred to as “MB2”.
- this kneaded material was processed into an injection molded body in the same manner as described above.
- melt mixing is performed in advance using only the chemically modified fiber assembly (AcNUKP) and PLA (first resin), and the mixture is diluted with PP (second resin) and MAPP and melt-kneaded.
- AcNUKP chemically modified fiber assembly
- PLA first resin
- PP second resin
- MAPP melt-kneaded
- PP and clay were melt-kneaded at a mixing ratio of 51.5 / 5 at 170 ° C. using a biaxial kneader to prepare a clay-containing PP composition.
- this kneaded material was processed into an injection molded body in the same manner as described above.
- the molded body obtained by adding clay to the molded body of Comparative Example 4 improved the flexural modulus by 78% and the bending strength by 34% compared to the PP molded body (Comparative Example 1).
- the molded body made of the composition produced by the method of Example 1 has a bending elastic modulus improved by 82% and a bending strength by 41% compared to the PP molded body (Comparative Example 1).
- the molded body made of the composition produced by the method of Example 2 has an improved flexural modulus of 112% and a flexural strength of 53% compared to the PP molded body (Comparative Example 1).
- the molded article made of the composition produced by the method of Example 1 was produced by the method of Example 1.
- the bending elastic modulus was improved by 470 MPa (14.4%) and the bending strength was improved by 2.1 MPa (2.9%) as compared with Comparative Example 4.
- Example 2 and Comparative Example 5 are compared, the molded body made of the composition produced by the method of Example 2 (using ⁇ -caprolactam as a fibrillation aid) is bent with respect to the molded body of Comparative Example 5.
- Example 2 the results of the molded product produced by the method of Example 1 and the molded product produced by the method of Example 2 (both compositions were produced using ⁇ -caprolactam as a defibrating aid).
- Example 2 using clay as a defibration auxiliary agent both the flexural modulus and the flexural strength were improved from those of Example 1 (the flexural modulus was 450 MPa and the flexural strength was improved by 6.2 MPa).
- Example 2 From these results, it can be seen that both Examples 1 and 2 have dramatically improved the defibration properties over Comparative Examples 4 and 5. Moreover, in Example 2, it turns out that the further disentanglement improvement was seen by the synergistic effect of (epsilon) caprolactam (disentanglement adjuvant) and clay (disentanglement auxiliary agent).
- ⁇ -caprolactam has an effect of a fibrillation aid that swells cellulose to improve defibration, an effect of an aggregation inhibitor that suppresses reaggregation of defibrated AcNUKP during kneading, and PP It is considered that there is an effect of a dispersing agent that promotes a dispersing effect when diluted with a matrix. Furthermore, it is clear from the results of the bending characteristics that a synergistic effect is obtained by using clay (a disentanglement auxiliary agent) and ⁇ -caprolactam in combination.
- Example 3 Test No. PP796 Modification of extrusion process relative to Example 2
- Example 3 the production process of Example 2 was examined without changing the content ratio of the resin composition.
- FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of Example 3.
- Example 3 The changes of Example 3 with respect to Example 2 are that (i) PLA powder was added in the first step (first pass), and (ii) cold extrusion (cylinder water cooling) in the first pass was dewatered (cylinder). And the second pass dehydration extrusion (cylinder temperature 70-130 ° C.) was ⁇ caprolactam / PLA swelling kneading (cylinder temperature 80 ° C.).
- Example 3 after AcNUKP is slurried in water and filtered, ⁇ -caprolactam, PLA powder and AO are added to make an AcNUKP / PLA powder / ⁇ -caprolactam / water / AO mixture with a home mixer, and this mixture
- a mixture was prepared by passing a total of 4 passes through a twin-screw kneader. (In Examples 1 and 2, PLA powder is not added as a starting component).
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarization microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG.
- the fiber diameter of the thick fiber is about 10 ⁇ m
- the fiber diameter of the thin fiber is about several tens to 500 nm.
- test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 4 The results are shown in Table 4.
- FIG. 10 shows a manufacturing method of the fourth embodiment.
- clay as a defibration auxiliary agent is described as general-purpose talc (Microace MSZ-C: manufactured by Nippon Talc, average particle size 12.8 ⁇ m, amino-based surface treated, hereinafter simply referred to as talc.
- talc general-purpose talc
- the heating temperature was lower than the melting point of PLA (about 160 ° C.), but PLA was swollen by ⁇ -caprolactam, and each composition component was kneaded and discharged in an integrated state.
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarization microscope observation image and electron microscope image are shown in FIG.
- the fiber diameter of the thick fiber was about 5 to 10 ⁇ m
- the fiber diameter of the thin fiber was about several tens nm to 500 nm.
- test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 4 The results are shown in Table 4.
- the molded body of Example 3 has a bending elastic modulus improved by 132% and a bending strength by 62% compared to a molded body made only of PP (Comparative Example 1).
- the molded body of Example 4 improved the bending elastic modulus by 129% and the bending strength by 69% compared to the molded body made of only PP (Comparative Example 1).
- the kneaded mixture of ⁇ -caprolactam and PLA is defibrated with AcNUKP by mixing PLA together with a defibrating aid ( ⁇ -caprolactam) as a composition component in the first step (first pass). It is considered that the bending elastic modulus and bending strength were improved. It has also become clear that low-cost talc can be used instead of clay.
- Example 5 Test number PP864 (batch mixing of raw materials)
- Example 3 it is suggested that dehydration is performed in the first pass of the extruder, and ⁇ -caprolactam / PLA swelling kneading is effective in the second pass.
- Example 4 it is suggested that general-purpose talc exhibits a reinforcing effect over clay. It was. Then, the following Example 5 was implemented aiming at the further physical-property improvement and the simplification of a manufacturing process.
- Example 5 the dispersibility is improved by the interaction between the raw materials, and the PP / MAPP / talc melt-kneading process employed in the production methods of Examples 3 and 4 is omitted. All raw materials except PP were mixed and used at the beginning of the manufacturing process.
- FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of the fifth embodiment.
- the fiber diameter of the thick fiber is about 5 to 10 ⁇ m
- the fiber diameter of the thin fiber is about several tens nm to 1 ⁇ m.
- test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 5 The results are shown in Table 5.
- FIG. 14 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of the sixth embodiment.
- Example 6 with the aim of further improving the physical properties and simplifying the production process, a mixture of all raw materials other than PP was used at the beginning of the process as in Example 5 to remove water and ⁇ -caprolactam from the composition.
- the dilution kneading process using PP resin was changed from 4 passes to 3 passes. That is, the third pass (PLA melt kneading step (160 ° C.)) in the production methods of Examples 3, 4, and 5 was omitted.
- the chemically modified lignopulp (AcNUKP) used is production number (7) TO25 (DS0.64).
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarizing microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG.
- the fiber diameter of the thick fiber is 5 ⁇ m or less
- the fiber diameter of the thin fiber is about several tens to 500 nm.
- test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 5 The results are shown in Table 5.
- Example 5 From Table 5, the bending elastic modulus and bending strength of the molded body of Example 5 manufactured by mixing all raw materials other than PP at the beginning of the manufacturing process were equal to or higher than those of Example 4.
- the molded body produced in Example 6 by simplifying the production process had a bending elastic modulus of 4866 MPa and a bending strength of 96.9 MPa, and exhibited high strength characteristics.
- the flexural modulus of the molded article produced by the method of Example 5 was 131% higher than that of the molded article consisting only of PP (Comparative Example 1), and the bending strength was 72% higher.
- the bending elastic modulus of the molded body manufactured by the method of Example 6 was 146% higher than that of the molded body made of only PP (Comparative Example 1), and the bending strength was 80% higher.
- Example 5 the manufacturing method of Example 4 was improved, and all raw materials other than PP were kneaded at the beginning of the manufacturing process.
- Example 6 the process of removing water and ⁇ -caprolactam from the composition was further changed from 4 passes to 3 passes to simplify the process.
- the strength characteristics of the produced molded body were further improved, and the fiber diameter of AcNUKP dispersed in the composition was dramatically reduced.
- examples 1 to 6 are summarized as follows: ⁇ caprolactam is used as a fibrillation aid to defibrate chemically modified pulp (AcNUKP).
- chemically modified MFC microfibrillated AcNUKP
- PLA thermoplastic resin
- PLA thermoplastic resin
- PLA thermoplastic mixed resin
- Resin thermoplastic mixed resin
- Example 7 Test number PP800 In Example 7, PA6 was used instead of PLA, and a resin composition containing chemically modified MFC, PA6 and PP was produced. The materials used are as described above.
- FIG. 16 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of the seventh embodiment.
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarizing microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG. According to an image observed with a polarizing microscope, the fiber diameter of a thick fiber was 10 ⁇ m or less, and according to an image observed with an electron microscope, the fiber diameter of a thin fiber was about several tens of nm to 1 ⁇ m.
- test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 6 The results are shown in Table 6.
- Example 8 Test number PP880 The production method of Example 8 is the same as that of Example 6 except that PA6 is used in place of the PLA used in Example 6.
- FIG. 18 shows a schematic diagram for explaining the production method of Example 8.
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarizing microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG. According to the polarization microscope image, the fiber diameter of the thick fiber was 10 ⁇ m or less, and according to the electron microscope image, the fiber diameter of the thin fiber was about several tens of nm to 1 ⁇ m.
- the polarization microscope image of Example 8 of FIG. 19 has a large fiber length and corresponds to microfibrillated AcNUKP.
- the area of the white haze was large.
- test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 6 The results are shown in Table 6.
- the obtained molded body (test piece) was subjected to a three-point bending test by the above method.
- the results are shown in Table 7.
- the mixture prepared by mixing all the raw materials collectively was melt-kneaded with the biaxial kneader.
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarization microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG.
- test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 7 The results are shown in Table 7.
- the outline of the manufacturing method is as follows.
- AcNUKP (Lot No. (10) NT298) is slurried in water, AO is added after filtration, and a mixture of AcNUKP / water / AO is prepared with a home mixer, and this mixture is used as a starting material in a twin-screw kneader.
- the composition of Comparative Example 8 was obtained by passing a total of 4 passes.
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarization microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG.
- the fiber diameter of the thick fiber was about 5 ⁇ m, and according to the electron microscope observation image, the fiber diameter of the thin fiber was about several tens nm to 1 ⁇ m. In addition, it was found that the fiber of FIG. 22 is remarkably shortened, although defibration has progressed a little.
- test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 8 The results are shown in Table 8.
- the molded body of Comparative Example 8 has a bending elastic modulus of 1 GPa and a bending strength of 110 MPa or more lower than Example 2 (Test No. PP717).
- the molded product of Comparative Example 8 to which ⁇ caprolactam was not added is significantly inferior in physical properties as compared with Comparative Example 5 (Table 3).
- Comparative Example 8 it is considered that one of the reasons why the reinforcing effect by the fibers of the molded body cannot be obtained is due to the remarkable shortening of the fibers.
- Example 9 Test number PP1172
- the production method of Example 9 is the same as that of Example 8 except that PA6 used in Example 8 is not used as the resin and AcTUKP is used instead of AcNUKP as the chemically modified pulp.
- FIG. 23 shows a schematic diagram for explaining the manufacturing method of Example 9.
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarization microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG. According to the polarization microscope image, the fiber diameter of the thick fiber was about 10 ⁇ m, and according to the electron microscope image, the fiber diameter of the thin fiber was about several tens of nm to 1 ⁇ m.
- test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 9 The results are shown in Table 9.
- the fiber diameter of the thick fiber is about 20 to 30 ⁇ m
- the fiber diameter of the thin fiber is about several tens of nm to 3 ⁇ m.
- Test pieces (molded bodies) were produced from the composition of Comparative Example 9 in the same manner as described above, and a three-point bending test was performed by the above method. The results are shown in Table 10.
- Example 9 Polarization microscope observation image of Example 9 (FIG. 24), Polarization microscope observation image of Example 6 (PLA is used in addition to MAPP) (FIG. 15), and Example 8 (PA6 is used in addition to MAPP)
- PPA Polarization microscope observation image
- Example 6 Polarization microscope observation image of Example 6
- PA6 PA6 is used in addition to MAPP
- FIG. 19 the image observed in Example 9 (FIG. 24) appeared to have a larger fiber diameter and a reduced dispersibility of the fibers in the resin.
- the polarization microscope observation image (FIG. 24) of Example 9 and the polarization microscope observation image (FIG. 25) of the composition shown in Comparative Example 9 (a composition produced without using ⁇ -caprolactam) were compared, Example It was observed that the dispersibility of the fibers was improved in the 9 observation image.
- Example 9 About the physical property of a molded object, from the result of Table 5, Table 6, and Table 9, the molded object (Example 6) prepared by mix
- Example 10 Test number PA6-617 A schematic diagram illustrating the production method of Example 10 is shown in FIG.
- Example 10 PA6 was used instead of MAPP and PP of Example 9.
- Example 10 In the production method of Example 10, the mixture of AcTUKP and PA6 was melt-kneaded in the first pass to disperse AcTUKP in PA6, and then PA6 was added in the second pass so that the cellulose fiber content was 10%. It is a method of diluting to knead.
- the starting material is water-free, so that the first-pass dehydration extrusion process in Example 9 is omitted, and the number of extruder passes is reduced to a total of 2 times compared to the method of Example 9. .
- the fiber diameter of the thick fiber is about 5 to 10 ⁇ m
- the fiber diameter of the thin fiber is about several tens nm to 1 ⁇ m.
- Test pieces (molded bodies) were produced from the composition of Example 10 according to the above conditions, and the test pieces were subjected to a three-point bending test by the above method. The results are shown in Table 11.
- the fiber diameter of the thick fiber was about 10 to 20 ⁇ m
- the fiber diameter of the thin fiber was about several tens of nm to 1 ⁇ m.
- test piece (molded body) was prepared from the composition of Comparative Example 10 according to the above method, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method. The results are shown in Table 12.
- the bending physical property of the molded object of Example 10 is the bending object of the molded object produced without using the epsilon caprolactam (defining aid) shown in Comparative Example 10. It can be seen that there is a dramatic improvement over sex.
- Example 11 Test number POM-169
- the manufacturing method of Example 11 differs from the manufacturing method of Example 9 in that POM is used instead of MAPP and PP, and that AO and talc are not used.
- FIG. 29 shows a schematic diagram for explaining the production method of Example 11.
- the fiber diameter of the thick fiber is about 5 to 10 ⁇ m
- the fiber diameter of the thin fiber is about several tens of nm to 2 ⁇ m.
- test piece (molded body) was produced according to the above method, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method.
- Table 13 The results are shown in Table 13.
- the fiber diameter of the thick fiber is 50 ⁇ m or more
- the fiber diameter of the thin fiber is about several tens of nm to 5 ⁇ m.
- Test pieces (molded bodies) were produced from the composition of Comparative Example 11 according to the above conditions, and the test pieces were subjected to a three-point bending test by the above method. The results are shown in Table 14.
- Example 11 showed an improvement in the dispersibility of fibers in the composition as compared with Comparative Example 11 (production method not using ⁇ -caprolactam).
- Example 12 Test number PE198 As the chemically modified pulp, the same starting material as in Example 9 was used except that AcTUKP (lot number (15) T073) was used instead of AcTUKP (lot number (11) T081). And the composition of Example 12 was manufactured in the same process as Example 9 except using high density polyethylene (HDPE) instead of PP in the 3rd pass.
- HDPE high density polyethylene
- FIG. 32 shows a schematic diagram illustrating the production method of Example 12.
- HDPE 3rd pass: dilution extrusion with HDPE
- deaeration was performed by a vacuum vent.
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fibers in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarization microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG. According to the polarization microscope image, the fiber diameter of the thick fiber was about 30 ⁇ m, and according to the electron microscope image, the fiber diameter of the thin fiber was about several hundred nm to 1 ⁇ m.
- Example 12 From the composition of Example 12 obtained, a test piece (molded body) was produced according to the above conditions, and the test piece was subjected to a three-point bending test by the above method. The results are shown in Table 15.
- a sample for microscopic observation was prepared according to the above conditions, and the state of the fiber in the sample was observed with the polarizing microscope and the electron microscope.
- the obtained polarization microscope observation image and electron microscope observation image are shown in FIG. According to the polarization microscope image, the fiber diameter of the thick fiber was about 50 ⁇ m, and according to the electron microscope image, the fiber diameter of the thin fiber was about several hundred nm to 10 ⁇ m.
- Test pieces (molded bodies) were produced from the composition of Comparative Example 12 according to the above conditions, and the test pieces were subjected to a three-point bending test by the above method. The results are shown in Table 16.
- FIG. 33 and FIG. 34 show that the composition of Example 12 has better dispersibility of the fibers in the composition than the composition of Comparative Example 12. From this, the dispersibility of the fiber in the composition of Example 12 produced using ⁇ -caprolactam (defining aid) is higher than that of the composition of Comparative Example 12 (method not using ⁇ -caprolactam). It was confirmed to be excellent.
- the molded body of Example 12 has dramatically improved bending characteristics compared to the molded body of Comparative Example 12.
- Test number PE190 A high density polyethylene (HDPE) composition containing no talc was prepared in the same process as in Example 12.
- Example 12 The differences from Example 12 are that the starting material does not contain talc and that the Ac-converted DS of the AcTUKP used is slightly larger.
- HDPE 3rd pass: dilution extrusion with HDPE
- the fiber diameter of the thick fiber is about 10 to 20 ⁇ m
- the fiber diameter of the thin fiber is about several tens of nm to 5 ⁇ m.
- test piece (molded body) was produced from the composition of Example 13 in the same manner as in Example 12, and the test piece was subjected to a three-point bending test in the same manner as in Example 12. The results are shown in Table 17.
- Example 13 the fiber dispersibility in Example 13 was slightly reduced as compared with the composition of Example 12 (composition containing 5% talc and AcTUKP). From this result, it was found that talc acts as a defibration auxiliary agent.
- Example 13 The physical property of a molded object, the physical property of the molded object of Example 13 was equivalent to that of Example 12 from the result of Table 15 and Table 17.
- Example 14 Test number PE200 A material obtained by adding PLA to the starting material of Example 12 was used as the starting material of Example 14, and a resin composition containing PLA and high-density polyethylene (HDPE) as a resin was produced in the same manner as in Example 12.
- HDPE high-density polyethylene
- FIG. 36 shows a schematic diagram for explaining the manufacturing method of Example 14.
- HDPE 3rd pass: dilution extrusion with HDPE
- ⁇ -caprolactam were degassed by a vacuum vent.
- the fiber diameter of the thick fiber is about 5 to 10 ⁇ m
- the fiber diameter of the thin fiber is about several tens nm to 1 ⁇ m.
- Test pieces (molded bodies) were produced from the composition of Example 14 according to the above conditions, and the test pieces were subjected to a three-point bending test by the method described above. The results are shown in Table 18.
- the fiber in the composition of Example 14 was clearly improved in defibration properties compared to the fiber in the composition of Example 12 that did not use PLA.
- Example 14 Regarding the physical properties of the molded body, from the results of Table 15 and Table 18, the molded body of Example 14 (containing PLA) has a dramatic bending characteristic compared to the molded body of Example 12 (without PLA). Improved.
- Defibrillation test Fibers were defibrated using N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAc), acetone, and isopropyl alcohol (IPA) as organic solvents.
- DMF N-dimethylformamide
- DMAc N-dimethylacetamide
- IPA isopropyl alcohol
- AcTUKP Lit No. (16) NT-353
- 30 mg dry weight converted in Production Example 2 is added to 2 ml of the above various organic solvents, and stirred at room temperature with a magnetic stirrer (500 rpm) for 20 hours. did.
- the ratio (%) of B to A is determined, and this ratio is referred to as the degree of defibration in this test. Then, it was determined that an organic solvent showing a degree of defibration of 80% or more had good performance as a defibrating aid, and an organic solvent having a degree of less than 80% was insufficient in performance as a defibrating aid. The results are shown in Table 19.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Paper (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤であって、
下記一般式(1):
R1-CO-N(R2)-R3 (1)
(式中、R1及びR3は、同一又は異なって、水素原子、若しくは炭素数1~4のアルキル基を示すか、又はR1とR3とが一緒になって炭素数3~11のアルキレン基を示す。R2は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数2~4のアシル基を示す。)で表されるアミド化合物を主成分とする、解繊助剤。
Description
本発明は、疎水化セルロース系繊維用の解繊助剤、それを使用する樹脂組成物の製造方法並びに成形体に関する。
ミクロフィブリル化セルロース繊維(本明細書では、「セルロースナノファイバー」又は「CNF」と記載することもある)は、植物繊維又は製紙用パルプをミクロ又はナノレベルの太さまで解繊したものであって、軽量かつ高強度である。
CNFを樹脂と複合することによって、強度特性等の樹脂本来の特性を向上させる研究が行われている。
ここで、繊維と樹脂とを含む複合体の強度特性は、樹脂中に含まれる繊維の太さ、又は、繊維と樹脂との親和性及び繊維の樹脂中での分散性への依存性が大きいことから、セルロース繊維集合体に解繊処理をしてミクロフィブリル化する方法、複合すべき樹脂との親和性及び分散性を向上させるためにCNFを化学修飾して疎水化する方法等が研究されている。
セルロース繊維集合体の解繊方法としては、機械的な方法(グラインダー、ボールミル、高速ホモジナイザー、ジェット水流の放射等による解繊方法)が知られている。
化学修飾セルロース繊維の解繊に関しては、非化学修飾セルロース繊維の解繊方法と共に以下の方法が知られている(例えば、特許文献1~4)。
特許文献1には、リグニン含有量が0~5重量%の、非化学修飾又は化学修飾植物由来繊維集合体と多種多様な液体物質(水、炭素数2~10のハロゲン化炭化水素、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数3~20の炭化水素、超臨界状態の二酸化炭素等)との混合物を1000~50000rpm程度の高速で攪拌する、CNF又は化学修飾CNFの製造方法が開示されている。
特許文献2には、複合原料(樹脂及び樹脂前駆体の少なくとも一方)を含む多種多様な有機溶媒(芳香族系炭化水素、非プロトン性極性溶媒、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、グリコールエーテル系溶媒及びハロゲン系溶媒等)に分散された、非化学修飾又は化学修飾セルロース繊維の分散液に、解繊処理(ビーズミル等のメディアミルによる解繊処理、噴出による解繊(微細化)処理、高圧ホモジナイザー等の回転式解繊方法による解繊処理、又は超音波処理による解繊処理)を施して、上記複合原料を含む、CNF又は化学修飾CNFの上記有機溶媒分散液を製造する方法が開示されている。
特許文献3には、特定の粘度(1.0mPa・S以上)と屈折率(1.40以上)とを有する多種多様な有機溶媒(芳香族系炭化水素、非プロトン性極性溶媒、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、グリコールエーテル系溶媒等の単独又は混合溶媒)中に分散された非化学修飾又は化学修飾セルロース繊維に、解繊処理(ビーズミル等のメディアミルによる解繊処理、噴出による解繊(微細化)処理、高圧ホモジナイザー等の回転式解繊方法による解繊処理、又は超音波処理)を施して、CNF又は化学修飾CNFの有機溶媒分散液を製造する方法が開示されている。
特許文献4には、特定の化学修飾セルロース繊維と熱可塑性樹脂とを溶融混練しながら化学修飾セルロース繊維を溶融混練物中で解繊し、化学修飾CNFと熱可塑性樹脂とを含有する組成物を製造する方法が開示されている。
本発明の目的は、疎水化されたセルロース系繊維集合体の解繊性を助長する解繊助剤、それを使用する、疎水化されかつミクロフィブリル化されたセルロース系繊維を含有する樹脂組成物の効率的な製造方法、並びにその組成物からなる優れた強度特性の繊維強化成形体を提供することである。
発明者らが鋭意検討した結果、特定化学構造の疎水化セルロース系繊維集合体の解繊に有効な特定の解繊助剤を見出し、その知見をもとに上記の目的を達成し、本発明を完成した。
本発明は、下記の解繊助剤、樹脂組成物の製造方法、及び成形体に関する。
項1.
セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤であって、
下記一般式(1):
R1-CO-N(R2)-R3 (1)
(式中、R1及びR3は、同一又は異なって、水素原子、若しくは炭素数1~4のアルキル基を示すか、又はR1とR3とが一緒になって炭素数3~11のアルキレン基を示す。R2は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数2~4のアシル基を示す。)で表されるアミド化合物を主成分とする、解繊助剤。
項2.
前記アミド化合物が、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン、δ-バレロラクタム、N-メチル-δ-バレロラクタム、ε-カプロラクタム、N-メチル-ε-カプロラクタム、N-アセチル-ε-カプロラクタム、ウンデカンラクタム及びラウロラクタムからなる群から選ばれる少なくとも一種である、上記項1に記載の解繊助剤。
項3.
前記アミド化合物が、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ε-カプロラクタム、N-メチル-ε-カプロラクタム、ウンデカンラクタム及びラウロラクタムからなる群から選ばれる少なくとも一種である、上記項1に記載の解繊助剤。
項4.
前記アミド化合物が、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、及びε-カプロラクタムからなる群から選ばれる少なくとも一種である、上記項1に記載の解繊助剤。
項5.
前記解繊助剤が、さらに、タルク、クレイ、ゼオライト、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、酸化マグネシウム、マイカ、塩化リチウム、N-メチルモルホリンN-オキシド及び尿素からなる群から選ばれる少なくとも一種の解繊副剤を含む、上記項1~4のいずれかに記載の解繊助剤。
項6.
前記解繊助剤が、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤である、上記項1~5のいずれかに記載の解繊助剤。
項7.
前記解繊助剤が、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、炭素数2~5のアシル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤である、上記項1~5のいずれかに記載の解繊助剤。
項8.
前記解繊助剤が、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、アセチル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤である、上記項1~5のいずれかに記載の解繊助剤。
項9.
解繊助剤により解繊される疎水化セルロース系繊維集合体が植物由来のセルロース系繊維集合体である、上記項1~8のいずれかに記載の解繊助剤。
項10.
解繊助剤により解繊される疎水化セルロース系繊維集合体が植物由来のリグノセルロース繊維集合体である、上記項1~9のいずれかに記載の解繊助剤。
項11.
(1)上記項1~10のいずれかに記載の解繊助剤を使用して、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊して、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維を製造する第一工程と、
(2)第一工程で得られたミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを混合する第二工程とを含む、
ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法。
項12.
上記項1~10のいずれかに記載の解繊助剤、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体、及び、樹脂を混合し、この混合操作中に上記項1~10のいずれかに記載の疎水化セルロース系繊維集合体を解繊してミクロフィブリル化する工程を含む、
ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法。
項13.
(1)上記項1~10のいずれかに記載の解繊助剤、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体、及び樹脂を混合し、この混合操作中に前記疎水化セルロース系繊維集合体を解繊してミクロフィブリル化する第一工程と、
(2)第一工程で得られた、解繊助剤、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維及び樹脂の混合物から解繊助剤を除去する第二工程とを含む、
ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法。
項14.
上記項11の第一工程若しくは第二工程、上記項12の工程、又は上記項13の第一工程において、さらに相溶化剤を混合する、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維、樹脂及び相溶化剤を含有する樹脂組成物の製造方法。
項15.
前記樹脂が、1種又は2種以上の熱可塑性樹脂である、上記項11~14のいずれかに記載の樹脂組成物の製造方法。
項16.
前記熱可塑性樹脂が、ポリアミド、ポリオレフィン、脂肪族ポリエステル、芳香族ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリカーボネート-ABSアロイ(PC-ABSアロイ)及び変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)からなる群から選ばれる1種又は2種以上である、上記項15に記載の樹脂組成物の製造方法。
項17.
上記項11~16のいずれかに記載の製造方法により製造された樹脂組成物からなる成形体。
項1.
セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤であって、
下記一般式(1):
R1-CO-N(R2)-R3 (1)
(式中、R1及びR3は、同一又は異なって、水素原子、若しくは炭素数1~4のアルキル基を示すか、又はR1とR3とが一緒になって炭素数3~11のアルキレン基を示す。R2は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数2~4のアシル基を示す。)で表されるアミド化合物を主成分とする、解繊助剤。
項2.
前記アミド化合物が、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン、δ-バレロラクタム、N-メチル-δ-バレロラクタム、ε-カプロラクタム、N-メチル-ε-カプロラクタム、N-アセチル-ε-カプロラクタム、ウンデカンラクタム及びラウロラクタムからなる群から選ばれる少なくとも一種である、上記項1に記載の解繊助剤。
項3.
前記アミド化合物が、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ε-カプロラクタム、N-メチル-ε-カプロラクタム、ウンデカンラクタム及びラウロラクタムからなる群から選ばれる少なくとも一種である、上記項1に記載の解繊助剤。
項4.
前記アミド化合物が、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、及びε-カプロラクタムからなる群から選ばれる少なくとも一種である、上記項1に記載の解繊助剤。
項5.
前記解繊助剤が、さらに、タルク、クレイ、ゼオライト、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、酸化マグネシウム、マイカ、塩化リチウム、N-メチルモルホリンN-オキシド及び尿素からなる群から選ばれる少なくとも一種の解繊副剤を含む、上記項1~4のいずれかに記載の解繊助剤。
項6.
前記解繊助剤が、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤である、上記項1~5のいずれかに記載の解繊助剤。
項7.
前記解繊助剤が、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、炭素数2~5のアシル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤である、上記項1~5のいずれかに記載の解繊助剤。
項8.
前記解繊助剤が、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、アセチル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤である、上記項1~5のいずれかに記載の解繊助剤。
項9.
解繊助剤により解繊される疎水化セルロース系繊維集合体が植物由来のセルロース系繊維集合体である、上記項1~8のいずれかに記載の解繊助剤。
項10.
解繊助剤により解繊される疎水化セルロース系繊維集合体が植物由来のリグノセルロース繊維集合体である、上記項1~9のいずれかに記載の解繊助剤。
項11.
(1)上記項1~10のいずれかに記載の解繊助剤を使用して、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊して、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維を製造する第一工程と、
(2)第一工程で得られたミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを混合する第二工程とを含む、
ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法。
項12.
上記項1~10のいずれかに記載の解繊助剤、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体、及び、樹脂を混合し、この混合操作中に上記項1~10のいずれかに記載の疎水化セルロース系繊維集合体を解繊してミクロフィブリル化する工程を含む、
ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法。
項13.
(1)上記項1~10のいずれかに記載の解繊助剤、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体、及び樹脂を混合し、この混合操作中に前記疎水化セルロース系繊維集合体を解繊してミクロフィブリル化する第一工程と、
(2)第一工程で得られた、解繊助剤、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維及び樹脂の混合物から解繊助剤を除去する第二工程とを含む、
ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法。
項14.
上記項11の第一工程若しくは第二工程、上記項12の工程、又は上記項13の第一工程において、さらに相溶化剤を混合する、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維、樹脂及び相溶化剤を含有する樹脂組成物の製造方法。
項15.
前記樹脂が、1種又は2種以上の熱可塑性樹脂である、上記項11~14のいずれかに記載の樹脂組成物の製造方法。
項16.
前記熱可塑性樹脂が、ポリアミド、ポリオレフィン、脂肪族ポリエステル、芳香族ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリカーボネート-ABSアロイ(PC-ABSアロイ)及び変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)からなる群から選ばれる1種又は2種以上である、上記項15に記載の樹脂組成物の製造方法。
項17.
上記項11~16のいずれかに記載の製造方法により製造された樹脂組成物からなる成形体。
本発明の解繊助剤は、特定の化学修飾基で疎水化されたセルロース系繊維集合体が、ミクロフィブリル化状態に解繊することを好適に助長することができる。よって、本発明の解繊助剤は、上記特定の疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤として有用である。
そして、本発明の解繊助剤により解繊されることにより生成する、化学修飾され、かつミクロフィブリル化されたセルロース系繊維(化学修飾MFC)は、特定の化学修飾基によって疎水化されているので、熱可塑性樹脂と親和性が高くなっている。よって、この化学修飾MFCは容易に熱可塑性樹脂と混和して、溶融混練組成物中に微細状態で均一又は均一に近い状態で分散することができる。その結果、本発明の製造方法で製造される溶融混練組成物からなる成形体は、機械的強度特性に優れる。また、本発明の解繊助剤を使用することにより上記特定の疎水化セルロース系繊維集合体は容易にミクロフィブリル化されるので、本発明の製造方法によれば化学修飾MFCを含む溶融混練物を効率的に得ることができる。
1.用語及び略語の説明
本明細書において使用する以下の用語は、それぞれ次の意味を有する。
本明細書において使用する以下の用語は、それぞれ次の意味を有する。
セルロース系繊維は、植物由来、微生物由来、藻類由来又は尾索動物亜門動物(ホヤ)由来の、セルロース及び/又はリグノセルロースを含有する繊維を意味する。
リグノセルロースは、樹木細胞壁を構成する複合炭化水素高分子(天然高分子混合物)であり、主に多糖類のセルロース、ヘミセルロース及び芳香族高分子であるリグニンから構成されていることが知られている。本発明において、リグノセルロースとは、リグニン含有量の多少にかかわらず、また、セルロース、ヘミセルロース及び/又はリグニン間の化学結合の有無に拘わらず、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンから構成される物質を意味する。
パルプは、木材、竹、稲わら、綿花等の植物全体若しくは植物の部分から植物由来のセルロース系繊維を分離したものであって、セルロース、ヘミセルロース及び/又はリグノセルロースを含む繊維集合体(植物由来パルプ)を意味する。また、微生物が産生するセルロースと微生物の菌体との混合物中から分離された微生物由来のセルロース繊維集合体(微生物由来パルプ)、藻類から分離されるセルロース繊維集合体(藻類由来パルプ)及び尾索動物亜門動物(ホヤ)藻類から分離されるセルロース繊維集合体(ホヤ由来パルプ)を意味する。
リグノパルプは、リグノセルロースを含むパルプを意味する。
化学修飾ミクロフィブリル化セルロース系繊維(化学修飾MFC)とは、化学修飾され、かつミクロフィブリル化されたセルロース系繊維を意味する。ここで、「化学修飾」は、セルロース系繊維を構成する糖鎖の水酸基の水素原子の代わりに置換基(化学修飾基)が導入されている(水酸基が化学修飾されている)ことを意味する。
本明細書において、ミクロフィブリル化とは、それぞれの繊維の直径が全てナノオーダーになるという意味ではなく、繊維の直径がナノオーダーになるか、又は、繊維の内部若しくは表面に存在する繊維がナノオーダーになることを意味する。したがって、繊維の直径がナノオーダーに解繊された繊維、繊維の最も太い部分の直径がナノオーダー以上(例えば数μm)であってもその表面がナノオーダーまで解繊されている繊維、及び、これら繊維が混在した繊維もミクロフィブリル化繊維と解釈する。
複合体は、マトリクスとマトリクス以外のものとを含む組成物を意味する。マトリクスとして樹脂を用い、それ以外のものに繊維を用いた場合には、樹脂-繊維複合体といい、樹脂複合体又は繊維複合体ということもある。そして、繊維に具体的な繊維名称を用い、かつ、樹脂に具体的なポリマー名(樹脂の固有名称、又は、熱可塑性樹脂のように樹脂の総称)を用いて表記することもある。したがって、マトリクスとしての熱可塑性樹脂と化学修飾MFCとを含む組成物は、熱可塑性樹脂-化学修飾MFC複合体と表記し、単に熱可塑性樹脂複合体又は化学修飾MFC複合体と表記することもある。そして、本発明に係る組成物の製造において、樹脂と化学修飾MFC、化学修飾セルロース系繊維又は化学修飾セルロース系繊維集合体(化学修飾パルプ)とを混練処理又は混合処理することを「複合化」ともいう。
本明細書で使用される下記の略称は、次の意味に用いられる。
Acl:アシル基
Alkyl:アルキル基
Ac:アセチル基
Bz:ベンゾイル基
LP:リグノパルプ
AcP:パルプにおけるセルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子がアセチル化されたパルプ
AcPF:植物由来のセルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子がアセチルされた繊維MFC:ミクロフィブリル化セルロース系繊維
Acyl(A)MFC:セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A)で表されるアシル基でアシル化され、かつ、ミクロフィブリル化された繊維
Alkyl(B)MFC:セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(B)で表される置換基を有することもあるアルキル基でアルキル化され、かつ、ミクロフィブリル化された繊維
Acl:アシル基
Alkyl:アルキル基
Ac:アセチル基
Bz:ベンゾイル基
LP:リグノパルプ
AcP:パルプにおけるセルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子がアセチル化されたパルプ
AcPF:植物由来のセルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子がアセチルされた繊維MFC:ミクロフィブリル化セルロース系繊維
Acyl(A)MFC:セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A)で表されるアシル基でアシル化され、かつ、ミクロフィブリル化された繊維
Alkyl(B)MFC:セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(B)で表される置換基を有することもあるアルキル基でアルキル化され、かつ、ミクロフィブリル化された繊維
2.解繊助剤
本発明は、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基(以下、「アシル基(A)」という場合もある)、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基(以下、「置換基を有することもあるアルキル基(B)」ということもある)で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤であって、
下記一般式(1):
R1-CO-N(R2)-R3
(式中、R1及びR3は、同一又は異なって、水素原子、若しくは炭素数1~4アルキル基を示すか、又はR1とR3とが一緒になって炭素数3~11のアルキレン基を示す。R2は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数2~4のアシル基を示す。)で表されるアミド化合物を主成分とする解繊助剤(以下、本発明の解繊助剤という)である。
本発明は、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基(以下、「アシル基(A)」という場合もある)、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基(以下、「置換基を有することもあるアルキル基(B)」ということもある)で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤であって、
下記一般式(1):
R1-CO-N(R2)-R3
(式中、R1及びR3は、同一又は異なって、水素原子、若しくは炭素数1~4アルキル基を示すか、又はR1とR3とが一緒になって炭素数3~11のアルキレン基を示す。R2は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数2~4のアシル基を示す。)で表されるアミド化合物を主成分とする解繊助剤(以下、本発明の解繊助剤という)である。
本発明の解繊助剤は、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、アシル基(A)又は置換基を有することもあるアルキル基(B)で置換された疎水化セルロース系繊維集合体(以下、これらを総称して「本件解繊原料」という)の解繊処理において、本件解繊原料が、解繊原料と同一の置換基を有するMFC(これらを本件化学修飾MFCと略記する)に解繊されることを助長する。
前記一般式(1):R1-CO-N(R2)-R3において、R1及びR3は、同一又は異なって、水素原子、炭素数1~4のアルキル基を示すか、又はR1とR3とが一緒になって炭素数3~11のアルキレン基を示す。
前記R1及びR3における炭素数1~4のアルキル基として、直鎖状アルキル基(メチル、エチル、n-プロピル、及びn-ブチル)、及び分岐鎖状アルキル基(イソプロピル、及びtert-ブチル)が挙げられる。これらのうち、メチル基、エチル基、及びn-プロピル基が好ましい。
R1とR3とが一緒になって形成される炭素数3~11のアルキレン基としては、トリメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレン、デカメチレン等が挙げられ、炭素数3~5及び炭素数9~11のアルキレン基が好ましい。特に炭素数3、5、10及び11のアルキレン基を有するアミド化合物(一般名ラクタム)が市場から容易に入手できることから、R1とR3とが一緒になって形成される炭素数3、5、10及び11のアルキレン基が好ましい。
前記R2における炭素数1~3のアルキル基として、直鎖状アルキル基(メチル、エチル、及びn-プロピル)及び分岐鎖状アルキル基(イソプロピル)が挙げられる。これらのうち、メチル基が好ましい。
前記R2における炭素数2~4のアシル基として、アセチル、プロピオニル等が挙げられる。これらのうち、アセチルが好ましい。
前記一般式(1)で表されるアミド化合物として、具体的には、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン、δ-バレロラクタム、N-メチル-δ-バレロラクタム、ε-カプロラクタム、N-メチル-ε-カプロラクタム、N-アセチル-ε-カプロラクタム、ウンデカンラクタム及びラウロラクタム等が挙げられる。
これらのアミド化合物のうち、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ε-カプロラクタム、N-メチル-ε-カプロラクタム、ウンデカンラクタム及びラウロラクタムが好ましい。
より好ましいアミド化合物は、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ε-カプロラクタム及びラウロラクタムであり、最も好ましいアミド化合物は、ε-カプロラクタムである。
なお、上記のアミド化合物は、2種以上を混合し、本発明の解繊助剤として使用することもできる。
本発明の解繊助剤には、上記のアミド化合物に加え、タルク、クレイ、ゼオライト、酸化アルミニウム、塩化リチウム、N-メチルモルホリンN-オキシド及び尿素からなる群から選ばれる少なくとも一種の添加物(本件解繊副剤という)を含むことができる。
本件解繊副剤を添加することによって、さらに本件解繊原料の解繊が容易になる。本件解繊副剤は、本発明の解繊助剤と同時に、又は、本発明の解繊助剤の前に若しくは後に本件解繊原料に加えることによって使用してもよい。
解繊副剤を添加する場合、解繊助剤と解繊副剤との配合割合は、解繊助剤1質量部に対して、解繊副剤0.001~0.5質量部であり、好ましくは0.01~0.3質量部である。
3.本件解繊原料
以下、本件解繊原料について説明する。
以下、本件解繊原料について説明する。
本件解繊原料は、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、アシル基(A)、又は、置換基を有することもあるアルキル基(B)で置換された疎水化セルロース系繊維集合体である。
本発明に使用される解繊原料(本件解繊原料)の調製には、植物由来、微生物由来、藻類由来、又は、尾索動物亜門動物(ホヤ)由来のセルロース系繊維集合体を使用することができる。このうちでも、植物由来セルロース系繊維集合体は、大量にしかも容易に入手可能なことから好ましい。
植物由来セルロース系繊維集合体の原料として、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、綿、ビート、農産物残廃物、古紙、編織布等が挙げられる。これらの中で、容易に入手可能なことから、木材由来のセルロース系繊維集合体(木材パルプともいう)が好ましい。
木材パルプには、リグニンを含まないもの、及びリグニンを含むもの(即ち、リグノセルロース繊維集合体、又はリグノパルプともいう)が含まれる。これらはいずれも本件解繊原料の製造のために使用することができる。製造コストの点からは、リグノパルプが好ましい。
木材パルプの原料となる木材としては、例えば、シトカスプルース、マツ(トドマツ、アカマツ等)、スギ、ヒノキ等の針葉樹、ユーカリ、アカシア等の広葉樹由来の木材が挙げられる。これらから得られる植物由来パルプが、本件解繊原料の製造に好ましく用いられる。
木材パルプは、植物性原料を、機械パルプ化法、化学パルプ化法、機械パルプ化法と化学パルプ化法との組み合わせ等の方法により処理することにより得ることができる。このようなパルプとしては、クラフトパルプ、機械パルプ(MP)等が挙げられる。クラフトパルプとして、針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹酸素晒し未漂白クラフトパルプ(NOKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)等が挙げられる。機械パルプとして、砕木パルプ(GP)、リファイナーGP(RGP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)等が挙げられる。また、パルプとして、脱墨古紙、段ボール古紙、雑誌、コピー用紙等を使用することも可能である。パルプは1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
木材パルプは、リグノセルロースを含み、主にセルロース、ヘミセルロース、及びリグニンから構成される。本明細書では、リグニンが完全には除去されずにパルプ中にリグニンが少量でも存在するパルプをリグノパルプと称するので、上記の各種パルプ化法で処理して得られ、パルプ中にたとえ少量でも検出し得るリグニンを含むものは、リグノパルプに含まれる。
リグノパルプは、原料からの収率が大きいこと、工程数が少ないこと及び処理薬剤が少ないことから、本発明において有利に使用することができる。含有されるリグニン量は、クラーソン法で定量することができる。
本発明では、木材パルプに対して、予めリファイナー若しくはビーター又はこれらを組み合わせて使用して離解、叩解、解繊等の処理を施し、処理後のカナディアンスタンダードフリーネス(CSF)値(濾水度)が通常40mL~500mL、好ましくは40mL~300mL、さらに好ましくは40mL~200mLであるものを使用することができる。
微生物由来のセルロース系繊維については、例えば、酢酸菌を培養した培養液から回収した菌体とセルロース繊維との混合物からタンパク質その他の夾雑物を除去して得た微生物由来のパルプより得ることができる。
微生物由来のセルロース系繊維は通常、ナノレベルのセルロース繊維が網目状に交絡しており、これを、疎水性セルロース系繊維集合体の原料として使用することができる。
本件解繊原料は、そのセルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、前記アシル基(A)、又は置換基を有することもあるアルキル基(B)で置換されていることに特徴がある。本明細書では、セルロース系繊維の水酸基の水素原子を置換することを「化学修飾」といい、水酸基の水素原子の代わりに導入される置換基を「化学修飾基」ということもある。
本件解繊原料の一部の水酸基の水素原子の置換基として、アシル基(A)、又は置換基を有することもあるアルキル基(B)を選定することにより、このような置換基で化学修飾された本件解繊原料は熱安定性が向上するばかりでなく、本発明の解繊助剤によって、解繊処理中にミクロフィブリル化されやすくなり、容易に、本件化学修飾MFCに解繊される。
これは、本件解繊原料では、セルロース系繊維表面に元来存在する水酸基同士の水素結合が部分的に消失しているので、本発明の解繊助剤の効果もあって解繊処理中にミクロフィブリル化されやすくなるためと考えられる。
そしてこの本件化学修飾MFCも、アシル基(A)又は置換基を有することもあるアルキル基(B)で化学修飾されることにより疎水化されているので、元来のセルロース系繊維よりも疎水性が高いことから熱可塑性樹脂と親和性が高く、樹脂中に均一に分散されやすくなる。よって、本発明の解繊剤を使用して製造される本件化学修飾MFCと熱可塑性繊維とを含む組成物からなる本発明の成形体は、優れた強度特性を有する。
本件解繊原料における置換基は、前記アシル基(A)(Ra-CO-)が好ましい。本件解繊原料を、本発明の解繊助剤を使用して解繊することによって生成する、アシル基(A)で化学修飾されかつミクロフィブリル化されたセルロース系繊維(このセルロース系繊維を、「Acyl(A)MFC」と表す)は、熱可塑性樹脂との親和性が高く、熱可塑性樹脂中に均一に分散することができる。
本件解繊原料における置換基としてアシル基(A)を選定することによって、本件解繊原料の耐熱性を向上させることができる。
また、アシル基(A)で修飾された本件解繊原料を調製する際に、その原料のパルプ中のセルロースの高い結晶性を保持することができるばかりか、この高い結晶性は、上記の本件解繊原料をミクロフィブリル化して生じるAcyl(A)MFCにおいても保持することができる。
前記一般式(A):(Ra-CO-)で表されるアシル基(アシル基(A))において、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は電子供与性の置換基を有することもあるフェニル基を示す。
前記炭素数1~4のアルキル基には、直鎖状アルキル基及び分岐鎖状アルキル基が含まれる。これら、直鎖状アルキル基として、メチル、エチル、n-プロピル、及びn-ブチルが挙げられ、分岐鎖状アルキル基として、イソプロピル、及びtert-ブチルが挙げられる。
Raが炭素数1~4のアルキル基であるアシル基(A)として、炭素数が2~5のアシル基が好ましい。このようなアシル基として、具体的には、アセチル基、エチルカルボニル基、n-プロピルカルボニル基及びピバロイル基が挙げられる。これらは、アシル化に使用されるアシル化剤が他のアシル化剤に比べて安価に入手可能な点で好ましい。これらの中でも、アセチル基がより好ましい。
前記電子供与性の置換基を有することもあるフェニル基としては、フェニル、トリル、エチルフェニル、メトキシフェニル、エトキシフェニル等が挙げられる。
Raが電子供与性の置換基を有することもあるフェニル基であるアシル基(A)として、具体的に、ベンゾイル、4-メチルベンゾイル、4-エチルベンゾイル、4-メトキシベンゾイル、4-エトキシベンゾイル等が挙げられる。これらの芳香族アシル基の中で、ベンゾイル基、4-メトキシベンゾイル基、及び4-メチルベンゾイル基が、これらで修飾すると特に熱安定性が良好なセルロース系繊維が得られることから好ましく、他の芳香族アシル化剤と比べて安価に入手可能なアシル化剤で、セルロース系繊維に導入できる点で、ベンゾイル基がより好ましい。
本件解繊原料に用いられる置換基として、置換基を有することもあるアルキル基(B)(Rb-)を使用することもできる。本発明の解繊助剤を使用して、置換基を有することもあるアルキル基(B)を有する本件解繊原料を解繊することにより生成する、置換基を有することもあるアルキル基(B)で修飾されかつミクロフィブリル化されたセルロース系繊維(このセルロース系繊維を、「Alkyl(B)MFC」と表す)は、熱可塑性樹脂との親和性が高く、熱可塑性樹脂中に均一に分散することができる。
また、置換基を有することもあるアルキル基(B)で修飾された本件解繊原料を調製する際に、その原料のパルプ中のセルロースの高い結晶性を保持することができるばかりか、この高い結晶性は、上記の本件解繊原料をミクロフィブリル化して生じるAlkyl(B)MFCにおいても保持することができる。
前記一般式(B):Rb-で表される、置換基を有することもあるアルキル基において、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。
前記炭素数1~4のアルキル基として、直鎖状アルキル基(メチル、エチル、n-プロピル、及びn-ブチル)、及び分岐鎖状アルキル基(イソプロピル)が挙げられ、メチル及びエチルが好ましい。
置換基を有することもあるアルキル基(B)として、メチル基、エチル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基及びアリル基が好ましい。
これらの基で化学修飾された本件解繊原料を、本発明の解繊助剤を使用して解繊した結果生成する、Alkyl(B)MFCは、とりわけ熱可塑性樹脂との親和性が高く、熱可塑性樹脂中に均一に分散することができる。
本件解繊原料おける、アシル基(A)又は置換基を有することもあるアルキル基(B)による修飾程度(置換度、「DS」ともいう)は、セルロース系繊維集合体を構成するセルロース系高分子の1単位(繰り返し単位)に存在する水酸基の水素原子が、前記置換基で置換された程度で表される。
セルロース繊維集合体が全てセルロースで構成されている場合(セルロースの場合)は、この繰り返し単位はグルコピラノース残基であり、この1単位あたりの水酸基数は3であるので、置換度の上限は3である。
一方、セルロース系高分子がリグノセルロースの場合、リグノセルロースは、セルロースと共にヘミセルロースとリグニンとを含む。へミセルロースに含まれるキシランにおけるキシロース残基、及びアラビノガラクタンにおけるガラクトース残基の水酸基数は2であり、また、標準的なリグニン残基の水酸基数も2であり、これらの水酸基数は3より小さい。
従って、リグノセルロース系繊維集合体(リグノパルプ)における置換度の上限は3より小さい。この置換度の上限は、リグノセルロース系繊維(リグノパルプ)が含有するヘミセルロースおよびリグニンの含量に依存して、2.7~2.8程度である。
上記のように、セルロース系繊維集合中のヘミセルロース又はリグニンの含量に依存するものの、本件解繊原料(化学修飾セルロース系繊維集合体)においてもそれを解繊して得られる化学修飾ミクロフィブリル化セルロース系繊維(本件化学修飾MFC)においても、そのアシル基(A)又は置換基を有することもあるアルキル基(B)による置換度(DS)は、0.1~1.5程度が好ましい。置換度(DS)は、より好ましくは0.2~1.2程度であり、さらに好ましくは0.3~1.2程度である。特に、アシル基(A)がアセチル基である場合の置換度(DS)は、より好ましくは0.4~1.2程度である。上記範囲のDSを有する化学修飾MFCは、適度の結晶化度とSP(溶解度パラメーター)とを有するので、マトリックス(熱可塑性樹脂)中に均一に分散し、このような化学修飾MFCを含有する溶融混練組成物は、優れた物性を有する。
置換度(DS)は、中和滴定法、FTIR、二次元NMR(1H及び13C-NMR)等の各種分析方法等により分析することができる。
本発明においてミクロフィブリル化セルロース系繊維(MFC)とは、上述したセルロース系繊維集合体を構成するそれぞれの繊維の直径が全てナノオーダーにミクロフィブリル化された繊維という意味ではなく、ミクロフィブリル化された部分を少なくとも含むセルロース系繊維という意味であって、上述したセルロース系繊維の直径がナノオーダーであるか、又は繊維の内部若しくは表面の繊維の直径がナノオーダーであるものをいう。
本明細書でいう化学修飾ミクロフィブリル化セルロース系繊維(化学修飾MFC)における繊維径は、数十nm~数μm程度である。
そして、本件化学修飾MFCにおけるミクロフィブリル化セルロース系繊維の意味も上記のように、それぞれの繊維の直径が全てナノオーダーにミクロフィブリル化された繊維という意味ではなく、ミクロフィブリル化された部分を少なくとも含むセルロース系繊維という意味であって、上述したセルロース系繊維の直径がナノオーダーであるか、又は繊維の内部若しくは表面の繊維の直径がナノオーダーであるものをいう。
MFC及び本件化学修飾MFCの繊維径及び繊維長は、500~10000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を撮影して測定することができる。繊維径の平均値(平均繊維径)及び繊維長の平均値(平均繊維長)は、SEMの視野内のMFC又は化学修飾MFCの少なくとも50本以上について測定したときの平均値として求めることができる。
本件化学修飾MFCの繊維径及び繊維長についても上記のとおりである。
なお、熱可塑性樹脂複合体中の本件化学修飾MFCのSEM写真を撮影する際には、熱可塑性樹脂が可溶で、且つ本件化学修飾MFCが不溶である溶媒(例えば、ポリアミド複合体及びポリエステル複合体にはヘキサフルオロイソプロパノール、ポリカーボネート複合体にはジクロロメタン、ポリエチレン複合体及びポリプロピレン複合体にはデカリン、キシレン等の非極性で高沸点の炭化水素)で熱可塑性樹脂複合体中の熱可塑性樹脂を溶出させ、残存する本件化学修飾MFCについてSEM写真を撮影することが好ましい。
4.本件解繊原料の製造方法
以下、本件解繊原料(化学修飾セルロース系繊維集合体)の製造方法について説明する。
以下、本件解繊原料(化学修飾セルロース系繊維集合体)の製造方法について説明する。
本件解繊原料は、セルロース系繊維の水酸基の一部を、前記一般式(A)で表されるアシル基でアシル化、又は前記一般式(B)で表される置換基を有することもあるアルキル基でエーテル化することによって製造することができる。
このアシル化又はエーテル化の原料として、植物由来のセルロース系繊維集合体(パルプ)を使用する。
パルプは、予めリファイナー若しくはビーター又はこれらを組み合わせて使用してパルプを離解、叩解、解繊等の処理をして、処理後のカナディアンスタンダードフリーネス(CSF)値(濾水度)が40mL~500mL、好ましくは40mL~300mL、さらに好ましくは40mL~200mLのパルプを使用する。この程度のCSFのパルプを使用することにより、解繊処理工程でミクロフィブリル化しやすくなる。
本件解繊原料を製造するための原材料として、木材由来のリグノセルロース系繊維集合体を使用することが好ましく、この場合、リグノパルプを使用することがより好ましい。リグノパルプは、リグニンを全く含まないパルプに比べて低コストであるため、本件解繊原料がフィブリル化された繊維を含有する樹脂複合体及びこれからなる本発明の成形体を低コストで製造することができる。なお、着色の少ない溶融混練組成物を得るためには、リグノパルプのリグニン含有率を、15質量%以下にすることが好ましく、7%程度以下にすることがさらに好ましく、5%以下程度にすることが最も好ましい。
本件解繊原料(化学修飾パルプ)の調製に使用されるセルロース系繊維集合体(パルプ、以下原料パルプということもある)の形状としては、綿状、紙状、シート状、不織布状等が挙げられる。紙状、シート状又は不織布状のものを用いた場合は、化学修飾後、切断、粉砕等の手段により綿状又は粉状として、あらかじめ樹脂と混合して解繊処理工程に供することが好ましい。
アシル基(A)で化学修飾された本件解繊原料(アシル化パルプ)の調製方法(アシル化反応)について説明する。
原料パルプのアシル基(A)によるアシル化は、公知の方法、例えば、アシル基(A)を有するアシル化剤と、前記原料パルプとを溶媒中で攪拌しながら又は静置状態で反応させることにより行うことができる。
アシル基(A)を有するアシル化剤として、無水カルボン酸、カルボン酸クロリド等のカルボン酸ハロゲン化物、カルボン酸ビニルエステル等が挙げられる。これらの中で、反応系から副生成物を除去し易い点で、カルボン酸ビニルエステル)が好ましい。
アシル基(A)による化学修飾においては、アシル化剤として、対応するカルボン酸ビニルエステル(ビニルカルボキシレート)を使用することにより、アシル化して得られる化学修飾セルロース系繊維の着色が少なくなり、ひいてはこれを複合化して作成される溶融混練組成物(複合体)の着色を少なくすることができる。
もちろん、カルボン酸ビニルエステル以外のアシル化剤(例えば、カルボン酸クロリド、カルボン酸無水物)も使用することが可能である。この場合には、アシル化反応で副生する酸(塩酸、カルボン酸等)を反応中に捕捉するために有機塩基又は無機塩基を加えるのが好ましい。ただし、生成する塩がアシル化セルロース系繊維に混入し易く、これが原因で目的のアシル化セルロース系繊維が着色することもあるので、この場合には丁寧に精製することが必要となる。
これらのアシル化剤のうちでも、アシル基(A)が、アセチル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、4-メトキシベンゾイル基及び4-メチルベンゾイル基からなる群から選ばれるアシル基を有するアシル化剤を用いると、熱安定性が特に良好な、アシル化ミクロフィブリル化セルロース系繊維を製造できるので好ましい。
上記アシル基を有するアシル化剤の具体例として、酢酸ビニル、無水酢酸、ピバル酸ビニル、ピバル酸無水物、安息香酸ビニル、4-メトキシ安息香酸ビニル、4-メチル安息香酸ビニル等が挙げられる。
これらの中で、アセチル基を有するアシル化剤(酢酸ビニル及び無水酢酸)が、製造コストの点から好ましい。
アシル化反応は、溶媒中で、塩基の存在下に行うのが好ましい。
溶媒として、アシル化剤とは反応せず、アシル化原料を膨潤させ易く、かつ、アシル化原料との反応後に反応系から容易に除去できる溶媒が好ましい。
このような溶媒として、N-メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジオキサン等の極性非プロトン性溶媒を挙げることができる。溶媒の使用量は、乾燥状態のアシル化原料1質量部に対して、20~200質量部程度である。
但し、反応温度においてアシル化剤が液体であり、また反応により副生成する物質も液体である場合には、アシル化剤及び副生成物を溶媒として使用することもできる。この場合の溶媒の使用量は、アシル化原料1質量部に対して、0~3質量部程度である。例えば、アシル化剤として無水酢酸を用いてアシル化(すなわちアセチル化)する場合には、溶媒の使用量は、アシル化原料1質量部に対して、0(無溶媒)~3質量部程度である。
塩基としては、ピリジン、ジメチルアニリン等のアミン類;酢酸カリウム、酢酸ナトリウム等の酢酸のアルカリ金属塩;炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等のアルカリ金属の炭酸塩等が挙げられる。塩基の使用量は、アシル化原料中の水酸基1モルに対して、0.1~1モル程度である。
原料パルプに対するアシル化剤の使用量は、原料パルプの含水量、目的とするアシル化程度(置換度、DS)等により、適宜調整することができる。
アシル化反応途中におけるアシル化程度(置換度、DS)は、反応混合物から、分析に必要な量を採取し、これから、未反応アシル化剤、アシル化副生成物などを、洗浄、抽出等により除いた後、FTIRスペクトルを測定し、あらかじめ作成しておいた検量線を使用して、定量することができる。したがって、目的とするDSになった時点で反応を止め、反応混合物に対して、ろ過、洗浄、抽出等の通常の精製操作に行うことにより、目的とするDSを有するアシル化セルロース系繊維集合体(アシル化パルプ)を得ることができる。
アシル化剤の使用量は、原料パルプに存在する水酸基のモル数の0.5~2倍モル程度を使用する。原料パルプが含水状態である場合は、この水によって消費されるアシル化剤の量を勘案して、上記よりも多いアシル化剤を使用するのが好ましい。
なお、アシル化のDSについての説明、好ましいDS値については、前記「3.本件解繊原料」の項で述べた通りである。
反応温度は、通常、10~120℃程度であり、好ましくは20~100℃程度である。
反応時間は、木材由来の原料パルプをアシル化する場合は通常2~24時間程度であり、微細物由来の原料パルプをアシル化する場合は通常4~100時間程度である。
置換基を有することもあるアルキル基(B)で化学修飾された本件解繊原料(エーテル化パルプ)の調製方法(エーテル化反応)について説明する。
エーテル化は、前記パルプにおける一部の水酸基の酸素原子と置換基を有することもあるアルキル基(B)との間でエーテル結合を形成させる反応である。このエーテル結合を形成させる反応をエーテル化反応といい、エーテル化に使用する薬剤をエーテル化剤という。
エーテル化反応は、通常、エーテル化剤とエーテル化原料とを溶媒中で攪拌しながら、懸濁状態で反応させることにより行われる。
エーテル化原材料として前記アシル化原料(原料パルプ)と同様のものを使用することができる。
エーテル化反応は、溶媒中で、塩基の存在下に行うのが好ましい。使用するエーテル化剤は、以下のとおりである。
一般式(B)におけるRb-が、炭素数1~4のアルキル基又はアリル基の場合は、エーテル化剤として、対応するハロゲン化物(例えば、ハロゲン化(炭素数1~4のアルキル)又はハロゲン化アリル)を使用することができる。
Rb-が、2-ヒドロキシエチル基又は2-ヒドロキシプロピル基の場合は、これらの基に対応するエポキシド(エチレンオキサイド又はプロピレンオキサイド)をエーテル化剤として使用することができる。
Rb-が2-シアノエチル基の場合は、エーテル化剤としてアクリロニトリルを使用する。
これらのエーテル化のうち、置換基を有することもあるアルキル基(B)が、メチル基、エチル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、アリル基及び2-シアノエチル基からなる群から選ばれる少なくとも1種となるようなエーテル化を行うと、熱安定性が良好なエーテル化セルロース系繊維を低コストで製造できるので好ましい。
溶媒は、原料パルプとは非反応性で原料パルプを膨潤させ易く、かつ、原料パルプとの反応後に反応系から除去が容易な溶媒が好ましい。このような溶媒として、上記アシル化の場合と同様の溶媒を挙げることができる。溶媒の使用量も上記アシル化の場合と同様である。
塩基として、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等の水酸化アルカリ金属が挙げられる。塩基の使用量は、エーテル化剤に対して、1~2当量程度である。
反応温度は、通常0~100℃程度であり、好ましくは10~90℃程度である。
反応時間は、使用するエーテル化剤及び塩基の使用量によって異なるが、通常0.5~10時間である。
エーテル化剤の原料パルプに対する使用量は、原料パルプの含水量、原料パルプに対する目的とするエーテル化程度(置換度、DS)により、適宜調整することができる。
エーテル化程度(置換度、DS)は、反応混合物から、分析に必要な量を採取し、これから反応混合物を精製して、例えば、NMRスペクトルを測定することによって追跡することができる。
エーテル化の好ましいDS値については、前記の通りである。
5.本件解繊原料の解繊方法、及び解繊された化学修飾ナノフィブリル化セルロース系繊維を含有する組成物の製造方法
本件解繊原料の解繊は、本件解繊原料を本発明の解繊助剤と共に解繊用媒体(水若しくは水と水に可溶な有機溶媒との混合溶媒、又は化学修飾セルロース繊維及び複合すべき熱可塑性樹脂が不溶な有機溶媒)に加え、解繊用媒体中に本件解繊原料が分散した状態で攪拌、混練等の解繊処理をすることにより行うことができる。
本件解繊原料の解繊は、本件解繊原料を本発明の解繊助剤と共に解繊用媒体(水若しくは水と水に可溶な有機溶媒との混合溶媒、又は化学修飾セルロース繊維及び複合すべき熱可塑性樹脂が不溶な有機溶媒)に加え、解繊用媒体中に本件解繊原料が分散した状態で攪拌、混練等の解繊処理をすることにより行うことができる。
樹脂と化学修飾セルロース系繊維を含む複合体を溶融混練法で製造する場合には、解繊処理を、一軸又は多軸混練機を使用して行うのが効率的である。
また、本件解繊原料、解繊助剤及び複合すべき熱可塑性樹脂の混合物に対して溶融混練操作を行う段階で、溶融された熱可塑性樹脂内において本件解繊原料を解繊させることもできる。この溶融混練には一軸又は多軸混練機を使用するのが好ましい。
使用された解繊助剤は、樹脂組成物中に含まれていてもよいし、又は樹脂組成物から除去してもよい。形成される成形体の強度特性の点で、樹脂組成物から解繊助剤を除去することが好ましい。但し、解繊助剤を完全に除去する必要はなく、得られる樹脂組成物の物性に影響を及ぼさない程度の除去でよい。樹脂組成物に残存する解繊助剤が微量であっても、それを分析し検出することによって、その樹脂組成物が本発明の製造方法で製造されたものであることを知ることができるので製品の追跡調査に便利である。
なお、解繊助剤として、常温で固体の解繊助剤(例えば、εカプロラクタム)を使用する場合、使用する樹脂によって一概には言えないが、樹脂組成物全量に対して0.1~5質量%程度の解繊助剤を残存させることが好ましい場合がある。このような常温で固体の解繊助剤を少量含有する成形体が、使用する樹脂によっては、全く解繊助剤を含まない成形体に比べて、優れた強度特性を示すことがあるからである。
化学修飾ミクロフィブリル化セルロース系繊維(化学修飾MFC)を含む樹脂組成物に係る本発明の製造方法として、以下の第I法~第III法が挙げられる。
第I法は、化学修飾セルロース系繊維集合体(前記の本件解繊原料)を解繊してから樹脂と複合化し、化学修飾MFCを含有する樹脂組成物を製造する方法である。
詳細には、
(1)前記の本発明の解繊助剤を使用して前記の疎水化セルロース系繊維集合体(本件解繊原料)を解繊して、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維(化学修飾ミクロフィブリル化セルロース系繊維、又は化学修飾MFCともいう)を製造する第一工程、及び
(2)第一工程で得られた化学修飾MFCと樹脂とを混合する第二工程
を含む、化学修飾MFCと樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法である。
(1)前記の本発明の解繊助剤を使用して前記の疎水化セルロース系繊維集合体(本件解繊原料)を解繊して、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維(化学修飾ミクロフィブリル化セルロース系繊維、又は化学修飾MFCともいう)を製造する第一工程、及び
(2)第一工程で得られた化学修飾MFCと樹脂とを混合する第二工程
を含む、化学修飾MFCと樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法である。
第II法は、本発明の解繊助剤、化学修飾セルロース系繊維集合体(前記の本件解繊原料)及び樹脂の3種を含む混合物を調製し、複合化して、化学修飾MFCを含有する樹脂組成物を製造する方法である。
詳細には、前記の本発明の解繊助剤、疎水化セルロース系繊維集合体(本件解繊解原料)、及び樹脂を混合し、得られた混合物を混合操作する中で疎水化セルロース系繊維集合体(前記の本件解繊解原料)を解繊してミクロフィブリル化する工程を含む、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維(化学修飾MFC)と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法である。
第III法は、本発明の解繊助剤、化学修飾セルロース系繊維集合体(前記の本件解繊原料)、及び樹脂を混合し、複合化した後、本発明解繊助剤を除去して、化学修飾MFCを含有する樹脂組成物を製造する方法である。
詳細には、
(1)本発明の解繊助剤、疎水化セルロース系繊維集合体(前記の本件解繊原料)及び樹脂を混合し、この疎水化セルロース系繊維集合体(前記の本件解繊原料)を解繊してミクロフィブリル化する第一工程、及び
(2)第一工程で得られた、本発明の解繊助剤、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維(化学修飾MFC)、及び樹脂の混合物から解繊助剤を除去する第二工程
を含む、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維(化学修飾MFC)と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法である。
(1)本発明の解繊助剤、疎水化セルロース系繊維集合体(前記の本件解繊原料)及び樹脂を混合し、この疎水化セルロース系繊維集合体(前記の本件解繊原料)を解繊してミクロフィブリル化する第一工程、及び
(2)第一工程で得られた、本発明の解繊助剤、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維(化学修飾MFC)、及び樹脂の混合物から解繊助剤を除去する第二工程
を含む、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維(化学修飾MFC)と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法である。
上記第I法から第III法のいずれかに記載のミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維又は疎水化セルロース系繊維集合体と樹脂とを混合する工程において、さらに相溶化剤を混合することが好ましい。
相溶化剤を混合することによって、化学修飾MFC及び熱可塑性樹脂、特に疎水性の高い熱可塑性樹脂(例えばポリプロピレン、ポリエチレン等)との混合状態が改善され、ひいては、これら熱可塑性樹脂を含む本発明の成形体の強度特性が向上する。
相溶化剤として、疎水性高分子と親水性基又は親水性フラグメントとを有する高分子化合物を使用することが好ましい。このような高分子化合物として、具体的には、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性ポリエチレン、又は、疎水性フラグメントと親水性フラグメントからなるブロックポリマーを挙げることができる。
本件解繊原料及び化学修飾MFCの両方において、その溶解度パラメータ(SP値)が12~15程度、好ましくは12.5~14.5程度のものを用いるのが好ましい。
上記各製造方法において、使用する熱可塑性樹脂は、1種又は2種以上の熱可塑性樹脂であることが好ましい。特に、疎水性の高い熱可塑性樹脂(例えばポリプロピレン、ポリエチレン等)を含む複合体を製造する際には、この疎水性の高い熱可塑性樹脂のSP値より大きく、且つ、使用する化学修飾セルロース系繊維のSP値よりも小さいSP値を有する熱可塑性樹脂(例えば、ポリ乳酸、ポリアミド6等)を、疎水性の高い熱可塑性樹脂樹脂(例えばポリプロピレン、ポリエチレン等)と併用するのが好ましい。
詳細には、例えば、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン(このSP値は8.1)とSP値14程度の化学修飾ミクロフィブリル化セルロース系繊維(例えば、SP値が約14のミクロフィブリル化されたアセチルリグノセルロース繊維)とを含む複合体を製造する場合には、ポリプロピレンと共に、例えば、ポリ乳酸(このSP値は11.4)及び/又はポリアミド6(このSP値は12.2)を併用することが好ましい。
本発明の繊維と樹脂とを含む組成物の製造方法に使用される樹脂としては、種々の樹脂の中でも熱可塑性樹脂が、生産性及び汎用性に優れることから好適に使用される。
上記各製造方法において、好ましく使用される熱可塑性樹脂として、ポリアミド、ポリオレフィン、脂肪族ポリエステル、芳香族ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリカーボネート-ABSアロイ(PC-ABSアロイ)及び変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)が挙げられる。
熱可塑性樹脂は、前記樹脂を単独で使用してもよく、2種以上の混合樹脂として用いてもよい。
ポリアミド(PA)として、ポリアミド6(ナイロン6、PA6)、ポリアミド66(ナイロン66、PA66)、ポリアミド610(PA610)、ポリアミド612(PA612)、ポリアミド11(PA11)、ポリアミド12(PA12)、ポリアミド46、ポリアミドXD10(PAXD10)、ポリアミドMXD6(PAMXD6)等を好ましく用いることができる。
ポリオレフィンとしては、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE、特に高密度ポリエチレンHDPE)、エチレンとプロピレンとの共重合体、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MAPP)等を好ましく用いることができる。
また、ポリイソブチレン(以下「PIB」とも記す)、ポリイソプレン(以下「IR」とも記す)、ポリブタジエン(以下「BR」とも記す)等も好ましく使用することができる。
前記ポリプロピレン(PP)として、イソタクチックポリプロピレン(iPP)、シンジオタクチックポリプロピレン(sPP)等を好ましく用いることができる。
脂肪族ポリエステルとして、ジオール類とコハク酸、吉草酸等の脂肪族ジカルボン酸との重合体又は共重合体(例えば、ポリブチレンサクシネート(PBS))、グリコール酸又は乳酸等のヒドロキシカルボン酸の単独重合体又は共重合体(例えばポリ乳酸、ポリε-カプロラクトン(PCL)等)、並びにジオール類、脂肪族ジカルボン酸及び前記ヒドロキシカルボン酸の共重合体等を好ましく使用することができる。
芳香族ポリエステルとして、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール等のジオール類とテレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸との重合体等を好ましく使用することができる。具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレンテレフタレート(PPT)、ポリブチレンテレフタラート(PBT)等を好ましく用いることができる。
ポリアセタール(ポリオキシメチレンともいう、POM)としては、パラホルムアルデヒドの均一重合体に加えて、パラホルムアルデヒドとオキシエチレンとの共重合体も好ましく使用することができる。
ポリカーボネート(PC)には、ビスフェノールA又はその誘導体であるビスフェノール類と、ホスゲン又はフェニルジカーボネートとの反応物を好ましく使用することができる。
ポリスチレン(PS)として、汎用PS(GPPS)に加えて、PSマトリックスにゴム成分を分散させて耐衝撃性を改良したPS(HIPS)を好適に使用することができる。ポリスチレン(PS)に加えて、スチレンの共重合体(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体、ABS樹脂)は、本発明の繊維強化樹脂組成物のマトリクスとして好ましい樹脂である。
ポリカーボネート(PC)とABSとのブレンド品(PC-ABSアロイ)は、耐衝撃性、耐候性及び成形加工性に優れているので、本発明の上記各製造方法において、樹脂組成物のマトリクスとして用いることが好ましい。
PPEとPSとのブレンド品(PPE-PSブレンド品)は、ポリフェニレンエーテル(PPE)の変性品(m-PPE)の一種である。PPE-PSブレンド品は、耐熱性が高く、また軽量であることから、用いることが好ましい。
また、上記以外の熱可塑性樹脂として、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フッ素樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、(熱可塑性)ポリウレタン、ビニルエーテル樹脂、ポリスルホン系樹脂、セルロース系樹脂(例えば、トリアセチル化セルロース、ジアセチル化セルロース、アセチルブチルセルロース等)等を使用することができる。
熱可塑性樹脂と化学修飾ミクロフィブリル化セルロース系繊維との複合化は、溶融混練法で行うのが好ましい。
混練工程は、本件解繊原料(化学修飾セルロース系繊維集合体、又は化学修飾パルプともいう)と熱可塑性樹脂とを溶融混練しながら、溶融された熱可塑性樹脂中で本件解繊原料を化学修飾ミクロフィブリル化セルロース系繊維(化学修飾MFC)に解繊して、化学修飾MFCと熱可塑性樹脂とを含む組成物を製造する工程である。
溶融混練組成物が解繊助剤以外の添加剤を含む場合には、溶融混練すべき原材料の混合工程又はこの溶融混練工程で添加して、本件解繊材料及び熱可塑性樹脂をともに溶融混練することが好ましい。
溶融混練組成物は、熱可塑性樹脂と、本件解繊原料と、本発明の解繊助剤と、必要により添加剤とを溶融混練することによって製造することができる。
加熱温度は、使用する熱可塑性樹脂の融点に合わせて調整することができる。加熱温度として、熱可塑性樹脂供給業者が推奨する、最低加工温度±10℃程度が好ましい。加熱温度をこの温度範囲に設定することにより、化学修飾MFCと熱可塑性樹脂とを均一に混合することができる。
溶融混練時間は、製造量を勘案し、装置の性能及び回転速度等の運転条件を混練機メーカーの推奨する範囲内で調整すればよい。加熱時間は短いほうが、溶融混練物の熱及び酸化による劣化を防ぐことができるので好ましい。また、溶融混練時の加熱及び酸化による劣化を防ぐために、酸化防止剤等の添加剤を添加し、窒素雰囲気下で混練を行うことが好ましい。
混練機には、一軸又は多軸混練機が好ましく使用できる。使用する一軸又は多軸混練機の回転数は大きくする方が、化学修飾パルプが溶融混練工程中においてミクロフィブリル化し易くなるので好ましい。
この溶融混練工程において、化学修飾パルプは混練中のせん断応力及び解繊助剤の作用によって解繊され、ミクロフィブリル化し、生成した化学修飾クロフィブリル化セルロース系繊維は繊維同士の凝集が抑制されて熱可塑性樹脂中に良好に分散される。
この混練工程において、繊維径が数十μm~数百μmの化学修飾パルプが混練中に繊維径数十nm~数μmの化学修飾ミクロフィブリル化セルロース系繊維に解繊される。
本件解繊原料は、熱可塑性樹脂と溶融混練中に溶融混練機のせん断応力及び解繊助剤の作用により解繊しながら熱可塑性樹脂と複合化することができる。このため、溶融混練法によれば、製造工程が簡単であり、製造費用の低コスト化を図ることができる。
なお、化学修飾セルロース系繊維集合体(化学修飾パルプ、又は本件解繊原料ともいう)と熱可塑性樹脂との溶融混練に先立ち、予め、両者を混合しておくことも可能である。例えば、(i)乾燥状態の化学修飾MFC又は化学修飾パルプと、粉状又は粒状の熱可塑性樹脂とを混合し、得られた混合物を混練機に供給することもできる。あるいは、(ii)化学修飾パルプと、粉状又は粒状の熱可塑性樹脂とを、これらが溶解しない分散液にそれぞれ分散してから混合し、乾燥させたものを混練機に供給することもできる。混合の手段として、ベンチロール、バンバリーミキサー、ニーダー、プラネタリーミキサー、ヘンシェル型ミキサー、攪拌羽付き撹拌機、又は、公転若しくは自転方式の攪拌機を使用することが好ましい。化学修飾パルプと、粉状又は粒状の熱可塑性樹脂とを、これらが溶解しない分散液にそれぞれ分散してから混合する場合は、湿式メディア使用型アトライタ又は湿式微粉砕機トリゴナルを使用するが好ましい。その理由は、化学修飾パルプの解繊及び分散、並びに、化学修飾パルプと熱可塑性樹脂との混合を同時に実施することができるからである。
上記(i)のように、溶融混練の前に、乾燥状態の化学修飾パルプと、粉状又は粒状の熱可塑性樹脂とを予め混合する場合には、この混合時に添加剤を添加することも可能である。
本発明の製造法で製造される溶融混練組成物における化学修飾ミクロフィブリル化セルロース系繊維(化学修飾MFC)の含有割合は、樹脂と化学修飾MFCとの合計質量に対して、通常1~40質量%程度であり、3~30質量%であることが好ましい。化学修飾ミクロMFCの含有割合を上記範囲にすることにより、強度特性に優れた溶融混練組成物を得ることができる。
本発明の製造法で製造される溶融混練組成物は、マスターバッチとして使用することもできる。マスターバッチとして使用する場合、化学修飾MFCの含有割合は、熱可塑性樹脂と化学修飾MFCとの合計質量に対して、10~40質量%程度であることが好ましい。
本発明の製造法で製造される組成物は、熱可塑性樹脂と化学修飾MFCとが溶融混練された組成物である。溶融混練法は、樹脂又は樹脂前駆体溶液とセルロース系繊維はその不織布に含浸して複合体を製造する方法よりも生産性が高いので、本発明の製造法によって高い生産性で化学修飾MFCを含有する樹脂組成物を製造することができる。
本発明の溶融混練組成物は、本発明の効果が損なわれない範囲で添加剤を含むことができる。添加剤として、例えば、相溶化剤、界面活性剤、でんぷん類、アルギン酸等の多糖類、ゼラチン、ニカワ、カゼイン等の天然たんぱく質、タンニン、ゼオライト、セラミックス、金属粉末等の無機化合物、着色剤、可塑剤、顔料、帯電防止剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等が挙げられる。
6.成形体
本発明の製造方法で製造した溶融混練組成物を用いて、本発明の成形体を製造することができる。成形体を製造する際には、溶融混練組成物を、例えば、ペレット状、粉末状、シート状、板状、フィルム状等の各種形状に加工したものを成形材料として使用することができる。
本発明の製造方法で製造した溶融混練組成物を用いて、本発明の成形体を製造することができる。成形体を製造する際には、溶融混練組成物を、例えば、ペレット状、粉末状、シート状、板状、フィルム状等の各種形状に加工したものを成形材料として使用することができる。
成形方法としては、射出成形、金型成形、押出成形等が挙げられる。成形体の形状としては、シート状、板状、フィルム状、立体構造等が挙げられる。用途に合わせて各種形状の成形体を、上記成型方法により製造することができる。
本発明の製造方法で製造した溶融混練組成物を用いることにより、強度特性等に優れる成形体を得ることができる。
本発明の製造方法で製造した溶融混練組成物から製造される成形体は、機械強度(引張り強度等)が要求される分野に使用することができる。
具体的には、例えば、自動車、電車、船舶、飛行機等の輸送機器の内装材、外装材、構造材等;パソコン、テレビ、電話、時計等の電化製品等の筺体、構造材、内部部品等;携帯電話等の移動通信機器等の筺体、構造材、内部部品等;携帯音楽再生機器、映像再生機器、印刷機器、複写機器、スポーツ用品等の筺体、構造材、内部部品等;建築材;文具等の事務機器等、容器、コンテナー等として有効に使用することができる。
以下、実施例、比較例及び試験例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、実施例、比較例、及び試験例において使用される略称の意味は、以下の通りである。
Ac:アセチル基
NBKP:針葉樹漂白クラフトパルプ
NUKP:針葉樹未漂白クラフトパルプ
TUKP:トドマツ由来の未漂白クラフトパルプ
AcNBKP:NBKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換されたNBKP
AcNUKP:NUKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換されたNUKP
AcTUKP:TUKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換されたTUKP
DMF:N,N-ジメチルホルムアミド
NMP:N-メチルピロリドン
AcMFNBKP:NBKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換され、かつ、ミクロフィブリル化された繊維
AcMFNUKP:NUKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換され、かつ、ミクロフィブリル化された繊維
AcMFTUKP:TUKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換され、かつ、ミクロフィブリル化された繊維
AO:酸化防止剤
Ac:アセチル基
NBKP:針葉樹漂白クラフトパルプ
NUKP:針葉樹未漂白クラフトパルプ
TUKP:トドマツ由来の未漂白クラフトパルプ
AcNBKP:NBKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換されたNBKP
AcNUKP:NUKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換されたNUKP
AcTUKP:TUKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換されたTUKP
DMF:N,N-ジメチルホルムアミド
NMP:N-メチルピロリドン
AcMFNBKP:NBKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換され、かつ、ミクロフィブリル化された繊維
AcMFNUKP:NUKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換され、かつ、ミクロフィブリル化された繊維
AcMFTUKP:TUKP中の一部の水酸基の水素原子がアセチル基で置換され、かつ、ミクロフィブリル化された繊維
AO:酸化防止剤
また、実施例、比較例、図、及び表において使用する以下の用語は、次の意味を有する。
・パス:二軸混練機に被混練物(試験材料)を供給し、混練機にかける回数を「パス」と呼ぶ。したがって、例えば、「1パス」は1回混練機にかけたことを意味し、「1パス目」は、最初に(1回目として)試験材料を混練にかけたことを意味し、「2パス目」は、1回混練機にかけた材料を次いで、2回目として混練機にかけたことを意味する。
・押出:混練機(押し出し機ともいう)に被処理物(試験材料)を供給し、混練処理を行うことを意味する。
・冷間:0~約30℃の温度で処理することを意味する。
・パス:二軸混練機に被混練物(試験材料)を供給し、混練機にかける回数を「パス」と呼ぶ。したがって、例えば、「1パス」は1回混練機にかけたことを意味し、「1パス目」は、最初に(1回目として)試験材料を混練にかけたことを意味し、「2パス目」は、1回混練機にかけた材料を次いで、2回目として混練機にかけたことを意味する。
・押出:混練機(押し出し機ともいう)に被処理物(試験材料)を供給し、混練処理を行うことを意味する。
・冷間:0~約30℃の温度で処理することを意味する。
(A)使用原材料
以下の実施例及び比較例において、原材料として以下のものを使用した。
(1)樹脂
・ポリプロピレン(以下、「PP」という):日本ポリプロ製、ノバテックMA04A、MI=40、ペレット
・ポリプロピレン粉(以下、「PP粉」という):日本ポリプロ製、ノバテックMA04A、MI=40、粉状
・ポリ乳酸粉砕物(以下、「PLA粉」という):ネイチャーワークス、ingeo i3251D:MI=80、粉砕物
・ポリアミド6粉砕物(以下、「PA6粉」という):ユニチカ製、A1020 LP、モル質量12000g/mol、粉砕物
・ポリアミド6ペレット(以下、「PA6ペレット」という):ユニチカ製、A1020BRL
・ポリアセタール粉(以下、「POM粉」という):三菱エンジアニリングプラスチックス製、ユピタールF30、MI=27
・高密度ポリエチレンペレット(以下、「HDPEペレット」という):旭化成製、サンテック J320、MI=12
なお、本明細書において、高密度ポリエチレン(HDPE)を単にPEと記載することもある。
(2)相溶化剤
・マレイン酸変性ポリプロピレン(以下、「MAPP」という):東洋紡製、トーヨータックH1000P、MI=110、粉状
(3)解繊副剤
・クレイ:白石カルシウム製、ORBEN-M、ポリアミド用有機化処理済
・汎用タルク:日本タルク製、ミクロエースMSZ-C、平均粒径12.8μm、アミノ系表面処理済
(4)添加物
・酸化防止剤(以下「AO」という):BASF製、イルガノックス1010、フェノール系酸化防止剤
以下の実施例及び比較例において、原材料として以下のものを使用した。
(1)樹脂
・ポリプロピレン(以下、「PP」という):日本ポリプロ製、ノバテックMA04A、MI=40、ペレット
・ポリプロピレン粉(以下、「PP粉」という):日本ポリプロ製、ノバテックMA04A、MI=40、粉状
・ポリ乳酸粉砕物(以下、「PLA粉」という):ネイチャーワークス、ingeo i3251D:MI=80、粉砕物
・ポリアミド6粉砕物(以下、「PA6粉」という):ユニチカ製、A1020 LP、モル質量12000g/mol、粉砕物
・ポリアミド6ペレット(以下、「PA6ペレット」という):ユニチカ製、A1020BRL
・ポリアセタール粉(以下、「POM粉」という):三菱エンジアニリングプラスチックス製、ユピタールF30、MI=27
・高密度ポリエチレンペレット(以下、「HDPEペレット」という):旭化成製、サンテック J320、MI=12
なお、本明細書において、高密度ポリエチレン(HDPE)を単にPEと記載することもある。
(2)相溶化剤
・マレイン酸変性ポリプロピレン(以下、「MAPP」という):東洋紡製、トーヨータックH1000P、MI=110、粉状
(3)解繊副剤
・クレイ:白石カルシウム製、ORBEN-M、ポリアミド用有機化処理済
・汎用タルク:日本タルク製、ミクロエースMSZ-C、平均粒径12.8μm、アミノ系表面処理済
(4)添加物
・酸化防止剤(以下「AO」という):BASF製、イルガノックス1010、フェノール系酸化防止剤
(B)使用機器
・二軸混練機:テクノベル製、スクリュ径φ15mm、L/D(スクリュ長さ(L)とスクリュ径(D)との比)45
・射出成形機:日精樹脂工業製、NPX 7型、型締め力7トン
・二軸混練機:テクノベル製、スクリュ径φ15mm、L/D(スクリュ長さ(L)とスクリュ径(D)との比)45
・射出成形機:日精樹脂工業製、NPX 7型、型締め力7トン
(C)試験方法及び使用機器
(1)セルロース系繊維(以下、単に「繊維」と記載する。)の顕微鏡観察
繊維の状態、又は組成物中の繊維の解繊若しくは分散状態を、以下の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡で観察した。
(1)セルロース系繊維(以下、単に「繊維」と記載する。)の顕微鏡観察
繊維の状態、又は組成物中の繊維の解繊若しくは分散状態を、以下の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡で観察した。
(1-1) 走査型電子顕微鏡による、繊維含有組成物中の繊維の解繊状態の観察
(a)観察用試料の作成
a-1) 繊維含有組成物(繊維、PP、MAPP及びPLA含有組成物)の試料
キシレンとテトラクロロエタンとを1/1の比率で混合した混合溶媒を用い、繊維含有組成物から樹脂成分(PP、MAPP及びPLA)を抽出して除去し、試料を作成した。具体的には、繊維含有組成物(PP/MAPP/PLA/AO/セルロース複合体)を上記混合溶媒に投入して140℃で2時間程度加熱し、樹脂成分を抽出して除去し、繊維を主成分とする抽出残渣を得た。これをエタノールで洗浄し、得られた繊維を銅板上に置き、乾燥した後、スパッタリング装置(JEOL SEC-3000FC オートファインコーター)を用いてプラチナコートし、これを観察用試料とした。
(a)観察用試料の作成
a-1) 繊維含有組成物(繊維、PP、MAPP及びPLA含有組成物)の試料
キシレンとテトラクロロエタンとを1/1の比率で混合した混合溶媒を用い、繊維含有組成物から樹脂成分(PP、MAPP及びPLA)を抽出して除去し、試料を作成した。具体的には、繊維含有組成物(PP/MAPP/PLA/AO/セルロース複合体)を上記混合溶媒に投入して140℃で2時間程度加熱し、樹脂成分を抽出して除去し、繊維を主成分とする抽出残渣を得た。これをエタノールで洗浄し、得られた繊維を銅板上に置き、乾燥した後、スパッタリング装置(JEOL SEC-3000FC オートファインコーター)を用いてプラチナコートし、これを観察用試料とした。
a-2) 繊維含有組成物(繊維、PP、MAPP及びPA6含有組成物)の試料
N-メチルピロリドン(NMP)とキシレンとを順次用いて、繊維含有組成物から樹脂成分(PP、MAPP及びPA6)を抽出して除去し、試料を作成した。具体的には、まず、繊維、PP、MAPP、PA6及びAOを含むセルロース複合体をNMPに投入して190℃で2時間程度加熱し、PA6を抽出して除去した。次に、PA6が除去された組成物をキシレンに投入し、140℃で2時間程度加熱し、PPを抽出して除去し、繊維を主成分とする抽出残渣を得た。これをエタノールで洗浄し、得られた繊維を上記と同様にしてプラチナコートし、これを観察用試料とした。
N-メチルピロリドン(NMP)とキシレンとを順次用いて、繊維含有組成物から樹脂成分(PP、MAPP及びPA6)を抽出して除去し、試料を作成した。具体的には、まず、繊維、PP、MAPP、PA6及びAOを含むセルロース複合体をNMPに投入して190℃で2時間程度加熱し、PA6を抽出して除去した。次に、PA6が除去された組成物をキシレンに投入し、140℃で2時間程度加熱し、PPを抽出して除去し、繊維を主成分とする抽出残渣を得た。これをエタノールで洗浄し、得られた繊維を上記と同様にしてプラチナコートし、これを観察用試料とした。
繊維含有組成物(繊維及びPA6含有組成物、又は、繊維及びPOM含有組成物)については、上記a-2)と同様の操作で処理し、観察用試料を作成した。
繊維含有組成物(繊維、PE、MAPP及びPLA含有組成物)については、上記a-1)と同様の操作で処理し、観察用試料を作成した。
繊維含有組成物(繊維、PE、MAPP及びPLA含有組成物)については、上記a-1)と同様の操作で処理し、観察用試料を作成した。
(b)観察機器及び観察方法:得られた試料について、電界放射型走査型電子顕微鏡(JSM-7800F:日本電子)を用いて、二次電子像観察を行った。
(1-2)偏光顕微鏡による、繊維含有組成物中の繊維の解繊状態及び分散状態の観察
(a) 観察用試料の作成
(i) 繊維含有組成物より約2mm角の試験片を切り出した。
(ii)スライドグラス上に試験片をのせ、その上にカバーグラスを載せた。
(iii)220~250℃に加熱したプレス機で加圧し、試験片を薄片化した。
(iv)薄片化したサンプルを氷水につけて急冷し、観察用試料を得た。
(a) 観察用試料の作成
(i) 繊維含有組成物より約2mm角の試験片を切り出した。
(ii)スライドグラス上に試験片をのせ、その上にカバーグラスを載せた。
(iii)220~250℃に加熱したプレス機で加圧し、試験片を薄片化した。
(iv)薄片化したサンプルを氷水につけて急冷し、観察用試料を得た。
(b)観察
得られた観察用試料について、観察装置(システム偏光顕微鏡 OLYMPUS BX51)で、クロスニコル、温度23℃、相対湿度50%で観察した。
得られた観察用試料について、観察装置(システム偏光顕微鏡 OLYMPUS BX51)で、クロスニコル、温度23℃、相対湿度50%で観察した。
(2)強度試験(3点曲げ試験)
・試験片(成形体)の製造方法
射出成形機(日精樹脂工業製、NPX 7型、型締め力7トン)を用いて短冊形試験片(10×80×4mm)を作製した。射出成型機のシリンダー温度を、170℃(供給部)~190℃(計量部)として樹脂組成物を融解し、温度35℃の金型に射出して成形体を調製した。得られた試験片を温度23℃、相対湿度50%の雰囲気下に2日間静置したのちに試験した。
・試験片(成形体)の製造方法
射出成形機(日精樹脂工業製、NPX 7型、型締め力7トン)を用いて短冊形試験片(10×80×4mm)を作製した。射出成型機のシリンダー温度を、170℃(供給部)~190℃(計量部)として樹脂組成物を融解し、温度35℃の金型に射出して成形体を調製した。得られた試験片を温度23℃、相対湿度50%の雰囲気下に2日間静置したのちに試験した。
・試験方法
試験片について、万能試験機(島津製作所製AG5000E型)を用いて強度試験を行った。試験条件は支点間距離64mm、試験速度10mm/minとして試験した。
試験片について、万能試験機(島津製作所製AG5000E型)を用いて強度試験を行った。試験条件は支点間距離64mm、試験速度10mm/minとして試験した。
<製造例1>AcNUKPの製造(ロット番号(1)EY262)DS=0.89
・使用パルプ:針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)
日本製紙(株)製のNUKPをリファイナー処理してその濾水度(CSF)を105mlとした。このリファイナー済NUKPを抄紙してシート状NUKP(厚さ約0.2mm)を調製した。NUKPの成分(質量%):セルロース(78.3%)、ヘミセルロース(11.3%)、リグニン(10.4%)。
・AcNUKPの製造方法:上記NUKP(固形分として1620g、含水率15.07質量%)に酢酸カリウム15.3g及び無水酢酸2846mlを加え、100℃で6時間反応させた。反応混合物を50℃まで冷却し、デカンテーションにより液体を取り除いた後、減圧下、60℃で無水酢酸及び酢酸を留去した。50℃で26時間減圧乾燥して乾燥重量1990gのAcNUKPを得た。このAcNUKPのDSは、0.89であった。
・使用パルプ:針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)
日本製紙(株)製のNUKPをリファイナー処理してその濾水度(CSF)を105mlとした。このリファイナー済NUKPを抄紙してシート状NUKP(厚さ約0.2mm)を調製した。NUKPの成分(質量%):セルロース(78.3%)、ヘミセルロース(11.3%)、リグニン(10.4%)。
・AcNUKPの製造方法:上記NUKP(固形分として1620g、含水率15.07質量%)に酢酸カリウム15.3g及び無水酢酸2846mlを加え、100℃で6時間反応させた。反応混合物を50℃まで冷却し、デカンテーションにより液体を取り除いた後、減圧下、60℃で無水酢酸及び酢酸を留去した。50℃で26時間減圧乾燥して乾燥重量1990gのAcNUKPを得た。このAcNUKPのDSは、0.89であった。
得られたAcNUKPの電子顕微鏡観察像を図1に示す。
これを7cm×7cmのシートに裁断した後、ヘンシェルミキサーで粉砕し、以下の実施例及び比較例の複合体の製造に供した。
<製造例2>AcTUKPの製造(ロット番号(16)NT-353)
・使用パルプ:トドマツ由来未漂白クラフトパルプ(TUKP)
日本製紙(株)製TUKPをリファイナー処理し、濾水度(CSF)が255mlのTUKPとし、これを抄紙して厚さ約0.2mmのシート状TUKPを得た。TUKP成分(質量%):セルロース(84.3%)、ヘミセルロース(13.7%)、リグニン(2%)。固形分含有量74質量%。
・AcTUKPの製造方法:上記シート状TUKP(固形分含有量2400g)に無水酢酸5600gを加え、120℃で5時間反応させた。反応混合物を50℃まで冷却し、デカンテーションにより液体を取り除いた後、減圧下60℃に加熱して無水酢酸及び酢酸を留去した。乾燥して乾燥重量で2200gのシート状AcTUKPを得た。このAcTUKPのDSは、0.59であった。このAcTUKPを、後述する解繊試験に使用した。
・使用パルプ:トドマツ由来未漂白クラフトパルプ(TUKP)
日本製紙(株)製TUKPをリファイナー処理し、濾水度(CSF)が255mlのTUKPとし、これを抄紙して厚さ約0.2mmのシート状TUKPを得た。TUKP成分(質量%):セルロース(84.3%)、ヘミセルロース(13.7%)、リグニン(2%)。固形分含有量74質量%。
・AcTUKPの製造方法:上記シート状TUKP(固形分含有量2400g)に無水酢酸5600gを加え、120℃で5時間反応させた。反応混合物を50℃まで冷却し、デカンテーションにより液体を取り除いた後、減圧下60℃に加熱して無水酢酸及び酢酸を留去した。乾燥して乾燥重量で2200gのシート状AcTUKPを得た。このAcTUKPのDSは、0.59であった。このAcTUKPを、後述する解繊試験に使用した。
以下、上記と同様にして、下表に示すアセチル化パルプを製造した。
(実施例1)試験番号PP754
実施例1の製造方法を説明する模式図を図2に示す。なお、図2において、ラクタムはεカプロラクタムを示している。
実施例1の製造方法を説明する模式図を図2に示す。なお、図2において、ラクタムはεカプロラクタムを示している。
まず、AcNUKP(ロット番号(3)T008)、εカプロラクタム(解繊助剤)及び水の混合物を二軸混練機で混練し、AcNUKPの解繊処理を行い、次いで(2パス目で)加熱下に水を排出した。次に、(3パス目で)PLA粉末を加えて溶融混練し、同時に残存する水と共にεカプロラクタムを排出した。その後、得られた混練物にPP及びMAPPを加えて溶融混練して、ミクロフィブリル化AcNUKP、PLA及びPPを含有する組成物を得るとともに、この組成物中に残存するεカプロラクタムを排出した。
以下、図2に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:冷間押出)
組成比が、AcNUKP(ロット番号(3)T008)/εカプロラクタム/水/AO=(2.27+10)/30/40/1の混合物を、シリンダーを水冷した二軸混練機を用いて冷間押出を行った。
(1パス目:冷間押出)
組成比が、AcNUKP(ロット番号(3)T008)/εカプロラクタム/水/AO=(2.27+10)/30/40/1の混合物を、シリンダーを水冷した二軸混練機を用いて冷間押出を行った。
なお、二軸混練機にかけた上記混合物の組成比の表記(AcNUKP/εカプロラクタム/水/AO=(2.27+10)/30/40/1)における数値は、以下の意味を有する。
(2.27+10):混合物の全質量中に占めるAcNUKPの質量割合を表記したものである。
ここで、上記(2.27+10)における2.27は、混合物の全質量中に占めるAcNUKPのアセチル基(Ac)の質量割合(これはAcNUKPのDS値から算出される)を意味する。また、上記(2.27+10)における10は、混合物の全質量中の繊維成分(すなわち、セルロース+ヘミセルロース)の質量割合を意味する。したがって、2.27+10=12.27が、混合物の全質量中に占めるAcNUKPの質量割合である。
30:混合物の全質量中のεカプロラクタムの質量割合
40:混合物の全質量中の水の質量割合
1:混合物の全質量中のAOの質量割合
(2.27+10):混合物の全質量中に占めるAcNUKPの質量割合を表記したものである。
ここで、上記(2.27+10)における2.27は、混合物の全質量中に占めるAcNUKPのアセチル基(Ac)の質量割合(これはAcNUKPのDS値から算出される)を意味する。また、上記(2.27+10)における10は、混合物の全質量中の繊維成分(すなわち、セルロース+ヘミセルロース)の質量割合を意味する。したがって、2.27+10=12.27が、混合物の全質量中に占めるAcNUKPの質量割合である。
30:混合物の全質量中のεカプロラクタムの質量割合
40:混合物の全質量中の水の質量割合
1:混合物の全質量中のAOの質量割合
特に断りがない限り、混合物及び混練物の組成比の記載はこの表記方法に従うものとする。
上記の、混合物中の各成分比率の数値の記載方法は、樹脂組成物中の各成分の比率の表記に適用される。
但し、本明細書の強度試験結果を示す表中に記載された成形体(試験片)の含有成分(組成比)については、酸化防止剤を除いた成形体の全質量に対する各成分の組成比(質量比)を示すものである。
そして、含有する化学修飾された繊維の表示はその略称で記載(例えば、アセチル化された針葉樹未漂白クラフトパルプはその略称AcNUKPで記載)されているが、その含有質量は未修飾繊維に換算して(すなわちAcNUKPの含有質量はNUKPに換算して)示している。
(2パス目:脱水押出)
押出機シリンダーを70℃(供給部、本明細書では「上流部」ということもある)~130℃(計量部、本明細書では「下流部」ということもある)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に、1パスした混合物を通すことにより脱水押出を行った。2パス目押出後の混合物の組成は、AcNUKP/(εカプロラクタム+水)/AO=(2.27+10)/33.52/1(合計全質量部:46.79)であった。
押出機シリンダーを70℃(供給部、本明細書では「上流部」ということもある)~130℃(計量部、本明細書では「下流部」ということもある)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に、1パスした混合物を通すことにより脱水押出を行った。2パス目押出後の混合物の組成は、AcNUKP/(εカプロラクタム+水)/AO=(2.27+10)/33.52/1(合計全質量部:46.79)であった。
(3パス目:PLAとの溶融混練)
2パスした混合物にPLA粉を添加し、PLA/2パス混合物=20/46.79混合物を調製し、PLAが融解するシリンダー温度(160℃)にて二軸混練機によるPLAとの溶融混練を行った。押出後の組成は、PLA/AcNUKP/(εカプロラクタム+水)/AO=20/(2.27+10)/14.32/1(合計全質量部:47.59)であった。
2パスした混合物にPLA粉を添加し、PLA/2パス混合物=20/46.79混合物を調製し、PLAが融解するシリンダー温度(160℃)にて二軸混練機によるPLAとの溶融混練を行った。押出後の組成は、PLA/AcNUKP/(εカプロラクタム+水)/AO=20/(2.27+10)/14.32/1(合計全質量部:47.59)であった。
(4パス目:PP及びMAPPによる希釈押出)
3パスした混合物にPP及びMAPPを添加し、組成比がPP/MAPP/3パス混合物=57.73/10/47.59の混合物を調製して、全ての混合樹脂が溶融するシリンダー温度(180-190℃)にて二軸混練機による溶融混練を行った。そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた組成物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/AO=57.73/10/20/(2.27+10)/1であった。
3パスした混合物にPP及びMAPPを添加し、組成比がPP/MAPP/3パス混合物=57.73/10/47.59の混合物を調製して、全ての混合樹脂が溶融するシリンダー温度(180-190℃)にて二軸混練機による溶融混練を行った。そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた組成物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/AO=57.73/10/20/(2.27+10)/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図3に示す。
図3の偏光顕微鏡観察像によると太い繊維の繊維径は25μm程度であり、電子顕微鏡観察像によると細い繊維の繊維径は数十nm~2μm程度であった。そして、解繊した繊維数が増加していることが観測された。
得られた組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表2に示す。
なお、本明細書において、強度試験の結果を示す表に記載された試験片(成形体)の含有成分の組成比は、酸化防止剤を除いた成形体の全質量に対する各成分の組成比(質量比)を示すものである。
そして、含有する化学修飾された繊維の表示は、その略称で記載(例えば、アセチル化された針葉樹未漂白クラフトパルプはその略称AcNUKPで記載)されているが、その含有質量は未修飾繊維に換算して(すなわち、AcNUKPの含有質量はNUKPに換算して)示している。
(実施例2)試験番号PP717
実施例2の製造方法を説明する模式図を図4に示す。
実施例2の製造方法を説明する模式図を図4に示す。
実施例2の方法は、3パス目でPPとMAPPとを加える代わりに、PP、MAPP及びクレイ(解繊副剤)の3成分を一度に加える以外は、実施例1と同様の方法である。
以下、図4に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:冷間押出)
組成比がAcNUKP(ロット番号(4)T001)/εカプロラクタム/水/AO=(3.96+10)/30/40/1の混合物を、シリンダーを水冷した二軸混練機を用いて冷間押出を行った。
(1パス目:冷間押出)
組成比がAcNUKP(ロット番号(4)T001)/εカプロラクタム/水/AO=(3.96+10)/30/40/1の混合物を、シリンダーを水冷した二軸混練機を用いて冷間押出を行った。
(2パス目:脱水押出)
押出機シリンダーを70℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に、1パスした混合物を通すことにより脱水押出を行った。2パス目押出後の混合物の組成比は、AcNUKP/(εカプロラクタム+水)/AO=(3.96+10)/32.93/1(合計全質量部:47.89)であった。
押出機シリンダーを70℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に、1パスした混合物を通すことにより脱水押出を行った。2パス目押出後の混合物の組成比は、AcNUKP/(εカプロラクタム+水)/AO=(3.96+10)/32.93/1(合計全質量部:47.89)であった。
(3パス目:PLAとの溶融混練)
2パスした混合物にPLA粉を添加し、組成比がPLA/2パス混合物=20/47.89の混合物を調製し、PLAが融解するシリンダー温度(150-160℃)にて二軸混練機による溶融混練を行った。押出後の組成物の組成比は、PLA/AcNUKP/(εカプロラクタム+水)/AO=20/(3.96+10)/7.02/1(合計全質量部:41.98)であった。
2パスした混合物にPLA粉を添加し、組成比がPLA/2パス混合物=20/47.89の混合物を調製し、PLAが融解するシリンダー温度(150-160℃)にて二軸混練機による溶融混練を行った。押出後の組成物の組成比は、PLA/AcNUKP/(εカプロラクタム+水)/AO=20/(3.96+10)/7.02/1(合計全質量部:41.98)であった。
(4パス目:PP/クレイ及びMAPPによる希釈押出)
組成比がPP/クレイ=51.04/5(組成物合計質量部:56.04)の混合物を二軸混練(シリンダー温度170℃)であらかじめ混練しておいて、PP/クレイ混合物と、MAPP及び上記の3パスした混合物とを、(PP/クレイ混合物)/MAPP/(3パス混合物)=56.04/10/41.98の組成比にて、二軸混練機(シリンダー温度180-190℃)で溶融混練した。そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた組成物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/クレイ/AO=51.04/10/20/(3.96+10)/5/1であった。
組成比がPP/クレイ=51.04/5(組成物合計質量部:56.04)の混合物を二軸混練(シリンダー温度170℃)であらかじめ混練しておいて、PP/クレイ混合物と、MAPP及び上記の3パスした混合物とを、(PP/クレイ混合物)/MAPP/(3パス混合物)=56.04/10/41.98の組成比にて、二軸混練機(シリンダー温度180-190℃)で溶融混練した。そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた組成物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/クレイ/AO=51.04/10/20/(3.96+10)/5/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図5に示す。
図5の偏光顕微鏡観察像によると太い繊維の繊維径は5~20μm程度であり、電子顕微鏡観察像によると細い繊維の繊維径は100~500nm程度であった。
得られた組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表2に示す。
(比較例1) PP成形体(非繊維強化PP)
市販ペレット状PPを、射出成形機(日精樹脂工業製、NPX7型、型締め力7トン)によりシリンダー温度190℃にて成形体(幅10mm×長さ80mm×厚み4mm)に加工した。
市販ペレット状PPを、射出成形機(日精樹脂工業製、NPX7型、型締め力7トン)によりシリンダー温度190℃にて成形体(幅10mm×長さ80mm×厚み4mm)に加工した。
(比較例2) 試験番号PP618(PPとPLAとの混合成形体、繊維非強化)
PP粉、PLA粉、MAPP及びAOを、PP/PLA粉/MAPP/AO=70/20/10/1の組成比にて混合し、二軸混練機(φ15mm、L/D45:テクノベル製)を用いて、混練シリンダー設定温度を170℃として溶融混練した。得られた組成物を前記と同様の方法で射出成形体に加工した。
PP粉、PLA粉、MAPP及びAOを、PP/PLA粉/MAPP/AO=70/20/10/1の組成比にて混合し、二軸混練機(φ15mm、L/D45:テクノベル製)を用いて、混練シリンダー設定温度を170℃として溶融混練した。得られた組成物を前記と同様の方法で射出成形体に加工した。
(比較例3)試験番号PP612(一括混練組成物)
イソプロピルアルコール(IPA)中でAcNUKP(ロット番号(1)EY262)をスラリー化し、そこにPLA粉及びMAPPを添加した。その後、撹拌し、ろ過することにより、ろ過ケーキを得た。これを撹拌乾燥機(TX5:井上製作所製、内容量5L)にAOとともに投入し、撹拌乾燥した。得られた混合物の組成比は、PLA粉/MAPP/AcNUKP/AO=20/10/(3.5+10)/1であった。この混合物を「粉MB1」と呼ぶ。粉MB1とPPとを、PP/粉MB1=56.5/44.5の比率で混合し、二軸混練機を用いて、シリンダー設定温度を170℃として溶融混練した。得られた溶融混練物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/AO=56.5/10/20/(3.5+10)/1であった。
イソプロピルアルコール(IPA)中でAcNUKP(ロット番号(1)EY262)をスラリー化し、そこにPLA粉及びMAPPを添加した。その後、撹拌し、ろ過することにより、ろ過ケーキを得た。これを撹拌乾燥機(TX5:井上製作所製、内容量5L)にAOとともに投入し、撹拌乾燥した。得られた混合物の組成比は、PLA粉/MAPP/AcNUKP/AO=20/10/(3.5+10)/1であった。この混合物を「粉MB1」と呼ぶ。粉MB1とPPとを、PP/粉MB1=56.5/44.5の比率で混合し、二軸混練機を用いて、シリンダー設定温度を170℃として溶融混練した。得られた溶融混練物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/AO=56.5/10/20/(3.5+10)/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図6に示す。
この混練物を、前記と同様にして射出成形体に加工した。
なお、このように全ての原料を、一括混合し二軸混練機に投入して混練する手法を、本明細書では、一括混練と呼び、得られた組成物を一括混練組成物と称する。
(比較例4)試験番号PP610(二段階混練組成物)
イソプロピルアルコール(IPA)中にてAcNUKP(ロット番号(1)EY262)をスラリー化し、PLA粉を添加した。その後、撹拌し、ろ過することにより、ろ過ケーキを得た。これを撹拌乾燥機(TX5:井上製作所製、内容量5L)にAOとともに投入し撹拌乾燥した。得られた混合物の組成比は、PLA粉/AcNUKP/AO=20/(3.4+10)/1であった。この混合物を「粉MB2」と呼ぶ。粉MB2を、二軸混練機を用いて、シリンダー設定温度160℃で溶融混練し、溶融混練物(「MB2」と呼ぶ)を得た。PP、MAPP及びMB2をPP/MAPP/MB2=56.6/10/34.4の比率で混合し、二軸混練機を用いて、シリンダー設定温度180℃で溶融混練した。得られた溶融混練物の組成比は、比較例3と同じく、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/AO=56.5/10/20/(3.5+10)/1である。なお、この組成比は、前述の実施例1と同じである。
イソプロピルアルコール(IPA)中にてAcNUKP(ロット番号(1)EY262)をスラリー化し、PLA粉を添加した。その後、撹拌し、ろ過することにより、ろ過ケーキを得た。これを撹拌乾燥機(TX5:井上製作所製、内容量5L)にAOとともに投入し撹拌乾燥した。得られた混合物の組成比は、PLA粉/AcNUKP/AO=20/(3.4+10)/1であった。この混合物を「粉MB2」と呼ぶ。粉MB2を、二軸混練機を用いて、シリンダー設定温度160℃で溶融混練し、溶融混練物(「MB2」と呼ぶ)を得た。PP、MAPP及びMB2をPP/MAPP/MB2=56.6/10/34.4の比率で混合し、二軸混練機を用いて、シリンダー設定温度180℃で溶融混練した。得られた溶融混練物の組成比は、比較例3と同じく、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/AO=56.5/10/20/(3.5+10)/1である。なお、この組成比は、前述の実施例1と同じである。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡像及び電子顕微鏡像を図7に示す。
また、この混練物を、前記と同様にして射出成形体に加工した。
なお、上記の様に予め化学修飾繊維集合体(AcNUKP)とPLA(第一の樹脂)とのみで溶融混合を行い、それをPP(第二の樹脂)とMAPPとで希釈して溶融混練する手法を、本明細書では二段階混練と呼び、得られた組成物を二段階混練組成物と称する。
(比較例5)試験番号PP664(二段階混練PP組成物、AcNUKP及びクレイ含有)
イソプロピルアルコール(IPA)中にてAcNUKP(ロット番号(2)NT297)をスラリー化し、PLA粉を添加した。その後、撹拌し、ろ過することにより、ろ過ケーキを得た。これを撹拌乾燥機(TX5:井上製作所製、内容量5L)にAOとともに投入し撹拌乾燥した。得られた組成物の組成比は、PLA粉/Ac-NUKP/AO=20/(3.5+10)/1であった、この混合物を「粉MB3」と呼ぶ。粉MB3を、二軸混練機を用いて、シリンダー設定温度160℃で溶融混練し、混練組成物(これを、「MB3」と呼ぶ)を得た。
イソプロピルアルコール(IPA)中にてAcNUKP(ロット番号(2)NT297)をスラリー化し、PLA粉を添加した。その後、撹拌し、ろ過することにより、ろ過ケーキを得た。これを撹拌乾燥機(TX5:井上製作所製、内容量5L)にAOとともに投入し撹拌乾燥した。得られた組成物の組成比は、PLA粉/Ac-NUKP/AO=20/(3.5+10)/1であった、この混合物を「粉MB3」と呼ぶ。粉MB3を、二軸混練機を用いて、シリンダー設定温度160℃で溶融混練し、混練組成物(これを、「MB3」と呼ぶ)を得た。
一方、PPとクレイとを51.5/5の混合比にて170℃で二軸混練機を用いて溶融混練して、クレイ含有PP組成物を作製した。
上記のクレイ含有PP組成物、MAPP及びMB3を、クレイ含有PP組成物/MAPP/MB3=56.5/10/34.5の組成比率で混合し、この混合物を、二軸混練機を用いてシリンダー設定温度180℃で溶融混練した。得られた溶融混練物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/クレイ/AO=51.5/10/20/(3.5+10)/5/1であった。なお、この組成比は、前述の実施例2と同じである。
また、この混練物を、前記と同様にして射出成形体に加工した。
なお、このように予めPLA及び化学修飾繊維修飾体のみで溶融混合を行い、この混合物を、別途調製したクレイ含有PP組成物で希釈し、溶融混練することにより得られる組成物を、本明細書では二段階混練PP組成物(クレイ含有)と称する。
以上の比較例1~5の成形体について、前記の方法で3点曲げ試験を実施した。結果を表3に示す。
表3に示す3点曲げ試験の結果から、以下のことがわかった。
PP成形体(比較例1)に比べて、PLAを添加した成形体(比較例2)では曲げ弾性率及び曲げ強度が、いずれも約10%向上した。
そして、さらにAcNUKPを添加した成形体(比較例3)では、PP成形体(比較例1)に比べて、曲げ弾性率が48%、曲げ強度が24%向上した。
比較例3の原料を二段階で加えた二段階混練組成物の成形体(比較例4)では、PP成形体(比較例1)に比べて、曲げ弾性率が66%、曲げ強度が37%向上した。
比較例4の成形体にクレイを添加した成形体(比較例5)では、PP成形体(比較例1)に比べて、曲げ弾性率が78%、曲げ強度が34%向上した。
また、表2及び表3に示す3点曲げ試験の結果から、以下のことがわかった。
実施例1の方法で製造した組成物からなる成形体は、PPの成形体(比較例1)に比べて、曲げ弾性率が82%、曲げ強度が41%向上した。
実施例2の方法で製造した組成物からなる成形体は、PP成形体(比較例1)に比べて、曲げ弾性率が112%、曲げ強度が53%向上した。
実施例1の方法で製造した組成物からなる成形体を、解繊助剤εカプロラクタムを使用せずに調製した比較例4の組成物からなる成形体と比較すると、実施例1の方法で製造した組成物からなる成形体では、比較例4のそれに対して、曲げ弾性率470MPa(14.4%)、曲げ強度が2.1MPa(2.9%)向上した。
実施例2と比較例5とを比較すると、実施例2の方法(解繊助剤としてεカプロラクタムを使用)で製造した組成物からなる成形体は、比較例5の成形体に対して、曲げ弾性率が680MPa(19.4%)、曲げ強度が10MPa(13.9%)向上した。これは、解繊助剤(εカプロラクタム)の効果であるといえる。
比較例4の成形体と比較例5(クレイ添加)の成形体とを比較すると、比較例4に対して比較例5では、曲げ弾性率は240MPa向上したが、曲げ強度は1.7MPa低下した。つまり、比較例ではクレイの添加効果は曲げ弾性率にのみ限定されているといえる。
これに対して、実施例1の方法で製造した成形体と実施例2の方法で製造した成形体(いずれの組成物も解繊助剤としてのεカプロラクタムを使用して製造)との結果を比較すると、解繊副剤としてのクレイを使用した実施例2では、曲げ弾性率及び曲げ強度ともに、実施例1のそれよりも向上した(曲げ弾性率は450MPa、曲げ強度は6.2MPa向上)。
これらの結果より、実施例1及び2ともに、比較例4及び5に対して飛躍的に解繊性が向上したことがわかる。また、実施例2ではεカプロラクタム(解繊助剤)とクレイ(解繊副剤)との相乗効果により一層の解繊性向上が見られたことがわかる。
このように、εカプロラクタムには、セルロースを膨潤させて解繊性を向上させる解繊助剤の効果、解繊したAcNUKPが混練中に再凝集するのを抑制する凝集抑制剤の効果、及びPPマトリクスによる希釈時の分散効果を促す分散剤の効果があると考えられる。さらに、クレイ(解繊副剤)とεカプロラクタムとを併用することで相乗効果を奏することは、上記の曲げ特性の結果から明らかである。
(実施例3)試験番号PP796(実施例2に対する押出プロセスの変更)
上記実施例2においてεカプロラクタム及びクレイを使用して調製した組成物の成形体では、飛躍的に曲げ特性、及び、樹脂中でのミクロフィブリル化したAcNUKPの分散性の向上がみられことから、実施例3では、樹脂組成物の含有割合は変えずに、実施例2の製造プロセスについて検討した。
上記実施例2においてεカプロラクタム及びクレイを使用して調製した組成物の成形体では、飛躍的に曲げ特性、及び、樹脂中でのミクロフィブリル化したAcNUKPの分散性の向上がみられことから、実施例3では、樹脂組成物の含有割合は変えずに、実施例2の製造プロセスについて検討した。
実施例3の製造方法を説明する模式図を図8に示す。
実施例2に対する実施例3の変更点は、(i)PLA粉を最初の工程(1パス目)で添加したこと、(ii)1パス目の冷間押出(シリンダー水冷)を脱水押出(シリンダー温度80~130℃)に変更し、且つ2パス目の脱水押出(シリンダー温度70~130℃)をεカプロラクタム/PLA膨潤混練(シリンダー温度80℃)としたことである。
実施例3においては、AcNUKPを水中でスラリー化し、ろ過した後、εカプロラクタム、PLA粉およびAOを添加し、家庭用ミキサーによりAcNUKP/PLA粉/εカプロラクタム/水/AO混合物を作製し、この混合物を製造工程最初の組成として、二軸混練機に合計4パス通すことにより混合物を作製した。(なお、実施例1及び2においては、PLA粉はスタート時点の組成成分として添加していない。)
以下、図8に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:脱水押出)
AcNUKP(ロット番号(5)T011)/PLA粉/εカプロラクタム/水/AOの混合比が(3.1+10)/20/20/40/1の混合物を、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。押出機のシリンダー温度は80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱した。この加熱温度はPLAの融点(約160℃)よりも低温であるが、PLAがεカプロラクタムにより膨潤され、その他の組成成分と混練され、一体化した状態で吐出された。
(1パス目:脱水押出)
AcNUKP(ロット番号(5)T011)/PLA粉/εカプロラクタム/水/AOの混合比が(3.1+10)/20/20/40/1の混合物を、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。押出機のシリンダー温度は80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱した。この加熱温度はPLAの融点(約160℃)よりも低温であるが、PLAがεカプロラクタムにより膨潤され、その他の組成成分と混練され、一体化した状態で吐出された。
(2パス目:εカプロラクタム/PLA膨潤物の混練)
押出機シリンダーを80℃に設定した二軸混練機に、上記の1パスした混合物を通すことにより混練押出を行った。上記の1パス目に水が大体取り除かれ、2パス目では、εカプロラクタムとPLAの膨潤物とその他の組成成分とが混練された。
押出機シリンダーを80℃に設定した二軸混練機に、上記の1パスした混合物を通すことにより混練押出を行った。上記の1パス目に水が大体取り除かれ、2パス目では、εカプロラクタムとPLAの膨潤物とその他の組成成分とが混練された。
(3パス目:PLAとの溶融混練)
上記の2パスした混合物を、PLAが融解するシリンダー温度160℃にて二軸混練機にで溶融混練した。押出後の組成物の組成比は、AcNUKP/PLA粉/(εカプロラクタム+水)/AO=(3.1+10)/20/5.8/1(組成物合計質量部:39.9)であった。
上記の2パスした混合物を、PLAが融解するシリンダー温度160℃にて二軸混練機にで溶融混練した。押出後の組成物の組成比は、AcNUKP/PLA粉/(εカプロラクタム+水)/AO=(3.1+10)/20/5.8/1(組成物合計質量部:39.9)であった。
(4パス目:PP/MAPP/クレイ混練物による希釈押出)
予めPP/MAPP/クレイ=51.9/10/5(合計質量部:66.9)の組成にて二軸混練(シリンダー温度170℃)して得られたPP/MAPP/クレイ混練物及び上記の3パス済の混練物を、組成比(PP/MAPP/クレイ)/(3パス済混練物)=66.9/39.9にて二軸混練機(シリンダー温度180℃-190℃)で溶融混練した。そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた混練物の最終組成比は、実施例2と同様のPP/MAPP/PLA/AcNUKP/クレイ/AO=51.9/10/20/(3.1+10)/5/1であった。
予めPP/MAPP/クレイ=51.9/10/5(合計質量部:66.9)の組成にて二軸混練(シリンダー温度170℃)して得られたPP/MAPP/クレイ混練物及び上記の3パス済の混練物を、組成比(PP/MAPP/クレイ)/(3パス済混練物)=66.9/39.9にて二軸混練機(シリンダー温度180℃-190℃)で溶融混練した。そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた混練物の最終組成比は、実施例2と同様のPP/MAPP/PLA/AcNUKP/クレイ/AO=51.9/10/20/(3.1+10)/5/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図9に示す。
偏光顕微鏡観察像によると太い繊維の繊維径は10μm程度であり、電子顕微鏡観察像によると細い繊維の繊維径は数十nm~500nm程度であった。
得られた組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表4に示す。
(実施例4)試験番号PP826(実施例3のクレイを汎用タルクに変更した実施例)
図10に実施例4の製造方法を示す。この製造方法は、実施例3において、解繊副剤としてのクレイを汎用タルク(ミクロエースMSZ-C:日本タルク製、平均粒径12.8μm、アミノ系表面処理済、以下、単にタルクと記載する)に変更した以外は、実施例3と同様である。
図10に実施例4の製造方法を示す。この製造方法は、実施例3において、解繊副剤としてのクレイを汎用タルク(ミクロエースMSZ-C:日本タルク製、平均粒径12.8μm、アミノ系表面処理済、以下、単にタルクと記載する)に変更した以外は、実施例3と同様である。
(1パス目:脱水押出)
組成比がAcNUKP(ロット番号(6)T014)/PLA粉/εカプロラクタム/水/AO=(3.07+10)/20/20/40/1の混合物を、押出機シリンダー設定温度が80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱させて、かつ、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。
組成比がAcNUKP(ロット番号(6)T014)/PLA粉/εカプロラクタム/水/AO=(3.07+10)/20/20/40/1の混合物を、押出機シリンダー設定温度が80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱させて、かつ、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。
この加熱温度はPLAの融点(約160℃)よりも低温であるが、PLAがεカプロラクタムにより膨潤され、各組成成分が混練され一体化した状態で吐出された。
(2パス目:εカプロラクタム/PLA膨潤物の混練)
シリンダー温度を80℃に設定した二軸混練機に、上記1パス済の混合物を通すことにより混練押出を行った。上記の1パス目に水が大体取り除かれ、2パス目では、εカプロラクタムとPLAの膨潤物とその他の組成物とが混練された。
シリンダー温度を80℃に設定した二軸混練機に、上記1パス済の混合物を通すことにより混練押出を行った。上記の1パス目に水が大体取り除かれ、2パス目では、εカプロラクタムとPLAの膨潤物とその他の組成物とが混練された。
(3パス目:PLAとの溶融混練)
上記2パス済の混合物を、PLAが融解するシリンダー温度(160℃)に設定した二軸混練機で溶融混練を行った。押出後の混練物の成分組成比は、AcNUKP/PLA粉/εカプロラクタム+水/AO=(3.07+10)/20/3.77/1(混練物合計質量部:37.84)であった。
上記2パス済の混合物を、PLAが融解するシリンダー温度(160℃)に設定した二軸混練機で溶融混練を行った。押出後の混練物の成分組成比は、AcNUKP/PLA粉/εカプロラクタム+水/AO=(3.07+10)/20/3.77/1(混練物合計質量部:37.84)であった。
(4パス目:PP/MAPP/タルク混練物による希釈押出)
成分組成比PP/MAPP/タルク=51.93/10/5(合計66.93)の組成にて二軸混練(シリンダー温度170℃)で予め混練して得られたPP/MAPP/タルク混練物及び上記の3パス済の混練物を、(PP/MAPP/タルク)/3パス混練物=66.93/37.84の組成比にて二軸混練(シリンダー温度180℃)を行った。そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた混練組成物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/タルク/AO=51.93/10/20/(3.07+10)/5/1であった。
成分組成比PP/MAPP/タルク=51.93/10/5(合計66.93)の組成にて二軸混練(シリンダー温度170℃)で予め混練して得られたPP/MAPP/タルク混練物及び上記の3パス済の混練物を、(PP/MAPP/タルク)/3パス混練物=66.93/37.84の組成比にて二軸混練(シリンダー温度180℃)を行った。そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた混練組成物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/タルク/AO=51.93/10/20/(3.07+10)/5/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡像を図11に示す。
偏光顕微鏡観察像によると太い繊維の繊維径は5~10μm程度であり、電子顕微鏡観察像によると細い繊維の繊維径は数十nm~500nm程度であった。
また、実施例3の製造法(実施例2の押出プロセスを変更)で製造した樹脂組成物の偏光顕微鏡観察像では、ミクロフィブリル化AcNUKPに相当する白いモヤ状の領域が増大し(図9)、さらにクレイの代わりにタルクを使用することにより(実施例4)、解繊不十分である繊維に相当する濃い白色の筋が大幅に減少した(図11)。
得られた組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表4に示す。
表3及び表4の結果より、実施例3の成形体は、PPのみからなる成形体(比較例1)に対して、曲げ弾性率が132%、曲げ強度が62%向上した。実施例4の成形体は、PPのみからなる成形体(比較例1)に対して、曲げ弾性率が129%、曲げ強度が69%向上した。
表2及び表4の結果から、実施例3の製造方法を、実施例2から上記のように変更したことによって、実施例3の製造方法で製造した組成物からなる成形体の曲げ弾性率は、実施例2の方法で製造した組成物からなる成形体のそれに対して、390MPa上昇し、曲げ強度は4.8MPa向上したことがわかる。
また、使用する解繊副剤をクレイ(実施例3)から汎用タルク(実施例4)に変更することで、曲げ強度が大きく向上した(4MPa)。
以上のことから、最初の工程(1パス目)で、組成物成分として解繊助剤(εカプロラクタム)と共にPLAを混合しておくことにより、εカプロラクタムとPLAとの混練物がAcNUKPの解繊に効果を発揮し、曲げ弾性率及び曲げ強度が向上したものと考えられる。また低コストのタルクを、クレイの代わりに使えることも明らかとなった。
(実施例5)試験番号PP864(原材料の一括混合)
実施例3において、押出機1パス目に脱水を行い、2パス目においてεカプロラクタム/PLA膨潤混練が効果的であること、実施例4では汎用タルクがクレイ以上の補強効果を示すことが示唆された。そこで、さらなる物性改善及び製造工程の簡略化を目指し、下記実施例5を実施した。
実施例3において、押出機1パス目に脱水を行い、2パス目においてεカプロラクタム/PLA膨潤混練が効果的であること、実施例4では汎用タルクがクレイ以上の補強効果を示すことが示唆された。そこで、さらなる物性改善及び製造工程の簡略化を目指し、下記実施例5を実施した。
具体的には、実施例5では、各原材料間の相互作用による分散性の向上と、実施例3及び4の製造方法で採用しているPP/MAPP/タルクの溶融混練工程の省略化を目指して、PP以外の全ての原材料を製造工程の最初に混合して使用した。
図12に実施例5の製造方法を説明する模式図を示す。
上記の実施例4では、スタート材料(工程の最初に用いる原材料)は、AcNUKP/PLA粉/εカプロラクタム/水/AOからなる混合物であるが、実施例5ではPP以外の原材料すべてからなる混合物(組成比:AcNUKP(ロット番号(7)T025)/PLA粉/MAPP/タルク/εカプロラクタム/水/AO=(3.01+10)/20/10/5/20/40/1))をスタート材料とした。
以下、図12に記載の各工程について詳細に説明する。
原材料混合物(スタート材料)の調製:
AcNUKP(ロット番号(7)TO25、DS0.64)を水中でスラリー化し、ろ過した後、εカプロラクタム、PLA粉、MAPP、タルク及びAOを添加し、家庭用ミキサーにより、組成比AcNUKP/PLA/MAPP/タルク/εカプロラクタム/水/AO=(3.01+10)/20/10/5/20/40/1の混合物を作製した。実施例5及び6においては、この混合物をスタート材料として最初の工程に使用した。
原材料混合物(スタート材料)の調製:
AcNUKP(ロット番号(7)TO25、DS0.64)を水中でスラリー化し、ろ過した後、εカプロラクタム、PLA粉、MAPP、タルク及びAOを添加し、家庭用ミキサーにより、組成比AcNUKP/PLA/MAPP/タルク/εカプロラクタム/水/AO=(3.01+10)/20/10/5/20/40/1の混合物を作製した。実施例5及び6においては、この混合物をスタート材料として最初の工程に使用した。
(1パス目:脱水押出)
上記の原材料混合物を、シリンダーを80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。上記加熱温度は、PLAの融点(約160℃)よりも低温であるが、PLAがεカプロラクタムにより膨潤されて、原材料混合物が混練されて一体化した状態で吐出された。
上記の原材料混合物を、シリンダーを80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。上記加熱温度は、PLAの融点(約160℃)よりも低温であるが、PLAがεカプロラクタムにより膨潤されて、原材料混合物が混練されて一体化した状態で吐出された。
(2パス目:εカプロラクタム/PLA膨潤物の混練)
シリンダーを80℃に設定した二軸混練機に、1パスした混合物を通すことにより混練押出を行った。1パス目に水が大体取り除かれεカプロラクタムとPLAの膨潤物により、それ以外の材料が混練された。
シリンダーを80℃に設定した二軸混練機に、1パスした混合物を通すことにより混練押出を行った。1パス目に水が大体取り除かれεカプロラクタムとPLAの膨潤物により、それ以外の材料が混練された。
(3パス目:PLAの溶融混練)
上記の2パス済の混練物をPLAが融解するシリンダー温度160℃にて二軸混練機による溶融混練を行った。押出後の組成は、AcNUKP/PLA/MAPP/タルク/εカプロラクタム+水/AO=(3.01+10)/20/10/5/19.36/1(組成合計質量部:68.37)であった。
上記の2パス済の混練物をPLAが融解するシリンダー温度160℃にて二軸混練機による溶融混練を行った。押出後の組成は、AcNUKP/PLA/MAPP/タルク/εカプロラクタム+水/AO=(3.01+10)/20/10/5/19.36/1(組成合計質量部:68.37)であった。
(4パス目:PPによる希釈押出)
上記の3パス済の溶融混練物にPPを混合し、組成物混合比が、(上記3パス済の混合物)/PP=68.37/51.99の混合物とし、これを二軸混練機で溶融混練した(シリンダー温度180℃)。そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた樹脂組成物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/タルク/AO=51.99/10/20/(3.01+10)/5/1であった。
上記の3パス済の溶融混練物にPPを混合し、組成物混合比が、(上記3パス済の混合物)/PP=68.37/51.99の混合物とし、これを二軸混練機で溶融混練した(シリンダー温度180℃)。そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた樹脂組成物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/タルク/AO=51.99/10/20/(3.01+10)/5/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図13に示す。偏光顕微鏡観察像によると太い繊維の繊維径は5~10μm程度であり、電子顕微鏡観察像によると細い繊維の繊維径は数十nm~1μm程度であった。
得られた組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表5に示す。
(実施例6)試験番号PP873(工程の省略化)
図14に実施例6の製造方法を説明する模式図を示す。
図14に実施例6の製造方法を説明する模式図を示す。
実施例6では、さらなる物性改善および製造工程の簡略化を目指して、実施例5と同様にPP以外の全ての原材料の混合物を工程の最初に使用し、組成物からの水及びεカプロラクタムの除去並びにPP樹脂による希釈混練工程を4パスから3パスに変更した。つまり実施例3、4、及び5の製造方法における3パス目(PLA溶融練工程(160℃))を省いた。使用した化学修飾リグノパルプ(AcNUKP)は、製造番号(7)TO25(DS0.64)である。
以下、図14に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:脱水押出)
実施例5と同様にして調製した、組成比が、AcNUKP(ロット番号(7)T025)/PLA/MAPP/タルク/εカプロラクタム/水/AO=(3.01+10)/20/10/5/20/40/1の混合物を、シリンダー温度を80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。PLAの融点(約160℃)よりも低温であるが、PLAがεカプロラクタムにより膨潤され、上記混合物が混練され一体化した状態で吐出された。
(1パス目:脱水押出)
実施例5と同様にして調製した、組成比が、AcNUKP(ロット番号(7)T025)/PLA/MAPP/タルク/εカプロラクタム/水/AO=(3.01+10)/20/10/5/20/40/1の混合物を、シリンダー温度を80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。PLAの融点(約160℃)よりも低温であるが、PLAがεカプロラクタムにより膨潤され、上記混合物が混練され一体化した状態で吐出された。
(2パス目:εカプロラクタム/PLA膨潤物の混練)
シリンダー温度を80℃に設定した二軸混練機に、上記1パス混合物を通すことにより混練押出を行った。1パス目に水が大体取り除かれ。2パス後の混練物の組成比は、AcNUKP/PLA/MAPP/タルク/(εカプロラクタム+水)/AO=(3.01+10)/20/10/5/20.36/1(組成合計質量部:69.37)であった。
シリンダー温度を80℃に設定した二軸混練機に、上記1パス混合物を通すことにより混練押出を行った。1パス目に水が大体取り除かれ。2パス後の混練物の組成比は、AcNUKP/PLA/MAPP/タルク/(εカプロラクタム+水)/AO=(3.01+10)/20/10/5/20.36/1(組成合計質量部:69.37)であった。
(3パス目:PPによる希釈押出)
上記2パス済の混練物にPPを加えて、組成比が、(上記2パス済混練物)/PP=69.37/51.99の混合物とし、これを二軸混練機で溶融混練(シリンダー温度180℃)し、そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた樹脂組成物の組成は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/タルク/AO=51.99/10/20/(3.01+10)/5/1であった。
上記2パス済の混練物にPPを加えて、組成比が、(上記2パス済混練物)/PP=69.37/51.99の混合物とし、これを二軸混練機で溶融混練(シリンダー温度180℃)し、そして、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた樹脂組成物の組成は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/タルク/AO=51.99/10/20/(3.01+10)/5/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図15に示す。偏光顕微鏡観察像によると太い繊維の繊維径は5μm以下であり、電子顕微鏡観察像によると細い繊維の繊維径は数十nm~500nm程度であった。
得られた組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表5に示す。
表5より、PP以外の全ての原材料を製造工程の最初に混合して製造した実施例5の成形体の曲げ弾性率及び曲げ強度は、実施例4のそれと同等以上であった。
さらに製造工程を簡略して実施例6で製造した成形体の曲げ弾性率は4866MPa、曲げ強度は96.9MPaであり、高い強度特性を示した。
表3及び表5の結果から、以下のことがわかった。
実施例5の方法で製造した成形体の曲げ弾性率は、PPのみからなる成形体(比較例1)のそれに比べて131%高い値を示し、曲げ強度は72%高い値を示した。
実施例6の方法で製造した成形体の曲げ弾性率は、PPのみからなる成形体(比較例1)のそれに比べて、146%高い値を示し、曲げ強度80%高い値を示した。
上記のように、実施例5においては、実施例4の製造方法を改良し、PP以外の全原材料を製造工程の最初に混練した。実施例6においては、さらに、組成物からの水及びεカプロラクタムの除去工程を4パスから3パスに変更して工程を簡略化した。以上の製造法の改良によって、製造される成形体の強度特性がさらに向上し、組成物中に分散するAcNUKPの繊維径も劇的に小さくなった。さらに、工程を簡略化することにより(実施例6)、樹脂組成物及びそれからなる成形体の低コスト化も期待できることがわかった。
ここで、実施例1~6をまとめると、解繊助剤としてεカプロラクタムを使用して化学修飾パルプ(AcNUKP)の解繊を図り、まず、化学修飾MFC(ミクロフィブリル化AcNUKP)とPLAとの複合体を調製し、次いでこれをPPと複合化することにより、ミクロフィブリル化AcNUKPが、熱可塑性樹脂(PLA及びPP)に分散した組成物を製造する方法である。すなわち、実施例1~6では、まずマスターバッチとして化学修飾MFCを含有するPLA組成物が調製され、これがPPで希釈されて、化学修飾MFCを含有する熱可塑性混合樹脂(PLAとPPとの混合樹脂)組成物が調製される。
(実施例7)試験番号PP800
実施例7では、PLAの代わりにPA6を用い、化学修飾MFC、PA6及びPPを含有する樹脂組成物の製造を行った。使用材料は、前記の通りである。
実施例7では、PLAの代わりにPA6を用い、化学修飾MFC、PA6及びPPを含有する樹脂組成物の製造を行った。使用材料は、前記の通りである。
図16に実施例7の製造方法を説明する模式図を示す。
PP以外の全ての原材料を配合比:AcNUKP(ロット番号(8)T011)/PA6粉/MAPP/εカプロラクタム/水/AO=(3.1+10)/20/10/20/40/1で混合し、この混合物をスタート材料(出発原料)として用いた。
以下、図16に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、シリンダー設定温度を80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、シリンダー設定温度を80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。
(2パス目:εカプロラクタム/PA6膨潤物の混練)
シリンダーを130℃(上流部)~180℃(下流部)に傾斜加熱した二軸混練機に、上記1パス済の混合物を通すことにより混練押出を行った。1パス目に水が大体取り除かれ、εカプロラクタムとPA6の膨潤物により、それ以外の材料が混練された。
シリンダーを130℃(上流部)~180℃(下流部)に傾斜加熱した二軸混練機に、上記1パス済の混合物を通すことにより混練押出を行った。1パス目に水が大体取り除かれ、εカプロラクタムとPA6の膨潤物により、それ以外の材料が混練された。
(3パス目:PA6溶融混練)
得られた2パス済の混練物を、シリンダー温度が170~180℃の二軸混練機で溶融混練した。混練後の組成比は、AcNUKP/PA6/MAPP/εカプロラクタム+水/AO=(3.1+10)/20/10/6.72/1(組成合計質量部:50.82)であった。
得られた2パス済の混練物を、シリンダー温度が170~180℃の二軸混練機で溶融混練した。混練後の組成比は、AcNUKP/PA6/MAPP/εカプロラクタム+水/AO=(3.1+10)/20/10/6.72/1(組成合計質量部:50.82)であった。
(4パス目:PPによる希釈押出)
得られた3パス済の混練物にPPを混合し、(3パス済混合物)/PP=50.82/56.9の組成物を調製し、シリンダー温度180℃~190℃で二軸混練を行い、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くために真空ベントにより脱気を行った。得られた樹脂組成物の組成比は、PP/MAPP/PA6/AcNUKP/AO=56.9/10/20/(3.01+10)/1であった。
得られた3パス済の混練物にPPを混合し、(3パス済混合物)/PP=50.82/56.9の組成物を調製し、シリンダー温度180℃~190℃で二軸混練を行い、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くために真空ベントにより脱気を行った。得られた樹脂組成物の組成比は、PP/MAPP/PA6/AcNUKP/AO=56.9/10/20/(3.01+10)/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図17に示す。偏光顕微鏡観察像によると太い繊維の繊維径は10μm以下であり、電子顕微鏡観察像によると細い繊維の繊維径は数十nm~1μm程度であった。
得られた組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表6に示す。
(実施例8)試験番号PP880
実施例8の製造方法は、実施例6で使用したPLAの代わりにPA6を用いた以外は、実施例6と同様である。
実施例8の製造方法は、実施例6で使用したPLAの代わりにPA6を用いた以外は、実施例6と同様である。
実施例8の製造方法を説明する模式図を図18に示す。
PP以外の全ての原材料を、AcNUKP(ロット番号(9)T031)/PA6粉/MAPP/タルク/εカプロラクタム/水/AO=(3.15+10)/20/10/5/20/40/1)の混合比で混合し、これをスタート材料として使用した。
以下、図18に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、混練機シリンダーを80℃(上流部)~180℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。上記の設定温度はPA6の融点(約225℃)よりも低温であるが、PA6がεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料の混合物が混練され、一体化した状態で吐出された。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、混練機シリンダーを80℃(上流部)~180℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。上記の設定温度はPA6の融点(約225℃)よりも低温であるが、PA6がεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料の混合物が混練され、一体化した状態で吐出された。
(2パス目:εカプロラクタム/PA6膨潤物の混練)
混練機シリンダーを155℃に設定した二軸混練機に、上記1パス済の混練物を通して、混練押出を行った。上記1パス目では水が大体取り除かれ、εカプロラクタムとPA6との膨潤物及びその他の成分が混練されたが、2パス目では残存する水及びεカプロラクタムが排出された。2パス後の混練物の組成比は、AcNUKP/PA6/MAPP/タルク/(εカプロラクタム+水)/AO=(3.15+10)/20/10/5/12.94/1(組成合計質量部は62.09)であった。
混練機シリンダーを155℃に設定した二軸混練機に、上記1パス済の混練物を通して、混練押出を行った。上記1パス目では水が大体取り除かれ、εカプロラクタムとPA6との膨潤物及びその他の成分が混練されたが、2パス目では残存する水及びεカプロラクタムが排出された。2パス後の混練物の組成比は、AcNUKP/PA6/MAPP/タルク/(εカプロラクタム+水)/AO=(3.15+10)/20/10/5/12.94/1(組成合計質量部は62.09)であった。
(3パス目:PPによる希釈押出)
上記2パス済の混練物にPPを混合し、(2パス混合物)/PP=62.09/51.85の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度200℃の二軸混練機で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、PP/MAPP/PA6/AcNUKP/タルク/AO=51.85/10/20/(3.15+10)/5/1であった。
上記2パス済の混練物にPPを混合し、(2パス混合物)/PP=62.09/51.85の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度200℃の二軸混練機で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、PP/MAPP/PA6/AcNUKP/タルク/AO=51.85/10/20/(3.15+10)/5/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図19に示す。偏光顕微鏡像によると太い繊維の繊維径は10μm以下であり、電子顕微鏡像によると細い繊維の繊維径は数十nm~1μm程度であった。
また、図17の実施例7の偏光顕微鏡像と、図19の実施例8の偏光顕微鏡像とを比較すると、実施例8の偏光顕微鏡像では、繊維長が大きく、ミクロフィブリル化AcNUKPに相当する白いモヤ状の像の領域が大きかった。
得られた組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表6に示す。
(比較例6)PA6成形体
市販のPA6ペレットをそのまま使用し、射出成型機のシリンダー温度を230℃とし、あとは前記と同様にして射出成形体に加工した。
市販のPA6ペレットをそのまま使用し、射出成型機のシリンダー温度を230℃とし、あとは前記と同様にして射出成形体に加工した。
得られた成形体(試験片)について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表7に示す。
(比較例7)試験番号PP494(AcNBKP、PA6及びPP含有組成物)
イソプロピルアルコール(IPA)中にてAcNBKP(ロット番号(8)Mb-c73-77)をスラリー化し、PA6粉、MAPP及びPP粉を添加した。その後、撹拌し、ろ過して、ろ過ケーキを得た。これを撹拌乾燥機(TX5:井上製作所製、内容量5L)に投入し、撹拌乾燥して組成比がPA6粉/MAPP/PP粉/AcNBKP=10/10/1.6/(1.73+10)の混合物(これを「粉MB4」という)を得た。粉MB4、PP及びPA6粉を、PP/PA6粉/粉MB4=56.1/9.9/33の比率で混合し、シリンダー温度を170℃に設定した二軸混練機を用いて溶融混練した。このように全ての原材料を一括して混合して調製した混合物を二軸混練機で溶融混練した。得られた混練物の組成比は、PP/MAPP/PA6/AcNBKP=57.7/10/20/(1.73+10)であった。
イソプロピルアルコール(IPA)中にてAcNBKP(ロット番号(8)Mb-c73-77)をスラリー化し、PA6粉、MAPP及びPP粉を添加した。その後、撹拌し、ろ過して、ろ過ケーキを得た。これを撹拌乾燥機(TX5:井上製作所製、内容量5L)に投入し、撹拌乾燥して組成比がPA6粉/MAPP/PP粉/AcNBKP=10/10/1.6/(1.73+10)の混合物(これを「粉MB4」という)を得た。粉MB4、PP及びPA6粉を、PP/PA6粉/粉MB4=56.1/9.9/33の比率で混合し、シリンダー温度を170℃に設定した二軸混練機を用いて溶融混練した。このように全ての原材料を一括して混合して調製した混合物を二軸混練機で溶融混練した。得られた混練物の組成比は、PP/MAPP/PA6/AcNBKP=57.7/10/20/(1.73+10)であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図20に示す。
得られた組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表7に示す。
表6及び表7の結果から、εカプロラクタム及びPA6を使用し実施例7の方法で調製した成形体は、比較例7の成形体に比べ、曲げ弾性率及び曲げ強度が優れていたことがわかる。さらにタルクを併用し、製造プロセスを簡略した実施例8の製造方法で調製した成形体は、曲げ弾性率4210MPa、曲げ強度90.3MPaの高い強度特性を示した。
表3及び表6の結果から、実施例7の成形体の曲げ弾性率及び曲げ強度をPP成形体(比較例1)のそれと比べると、曲げ弾性率が90%、曲げ強度が66%向上したことがわかる。実施例8の成形体では、PP成形体(比較例1)に比べて、曲げ弾性率が114%、曲げ強度が68%向上していることがわかる。
(比較例8)試験番号PP766
解繊助剤(εカプロラクタム)を使用しないこと以外は実施例2と同様にして、AcNUKPと熱可塑性樹脂(PP及びPLA)を含有する溶融混練組成物及びそれからなる成形体を製造した。
解繊助剤(εカプロラクタム)を使用しないこと以外は実施例2と同様にして、AcNUKPと熱可塑性樹脂(PP及びPLA)を含有する溶融混練組成物及びそれからなる成形体を製造した。
その製造方法の概略は次の通りである。
最初にAcNUKP(ロット番号(10)NT298)を水中でスラリー化し、ろ過後AOを添加し、家庭用ミキサーによりAcNUKP/水/AOの混合物を作製し、この混合物をスタート材料として二軸混練機に合計4パス通過させることにより比較例8の組成物を得た。
比較例8の組成物の製造法を図21に示す。
以下、図21に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:冷間押出)
AcNUKP(ロット番号(10)NT298)/水/AO=(3.86+10)/40/1混合物を、シリンダーを水冷した二軸混練機を用いて冷間押出を行った。
AcNUKP(ロット番号(10)NT298)/水/AO=(3.86+10)/40/1混合物を、シリンダーを水冷した二軸混練機を用いて冷間押出を行った。
(2パス目:脱水押出)
押出機シリンダーを70℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に、1パスした混合物を通すことにより脱水押出を行った。2パス目押出後の混合物の組成は、AcNUKP/水/AO=(3.86+10)/0/1(合計全質量部14.86)であった。
押出機シリンダーを70℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に、1パスした混合物を通すことにより脱水押出を行った。2パス目押出後の混合物の組成は、AcNUKP/水/AO=(3.86+10)/0/1(合計全質量部14.86)であった。
(3パス目:PLAとの溶融混練)
2パスした混合物にPLA粉を添加し、組成比がPLA/2パス混合物=20/14.86の混合物を調製し、PLAが融解するシリンダー温度(150-160℃)にて二軸混練機による溶融混練を行った。押出後の組成比は、PLA/AcNUKP/水/AO=20/(3.86+10)/0/1(合計全質量部:34.86)であった。
2パスした混合物にPLA粉を添加し、組成比がPLA/2パス混合物=20/14.86の混合物を調製し、PLAが融解するシリンダー温度(150-160℃)にて二軸混練機による溶融混練を行った。押出後の組成比は、PLA/AcNUKP/水/AO=20/(3.86+10)/0/1(合計全質量部:34.86)であった。
(4パス目:PP/クレイ及びMAPPによる希釈押出)
組成比がPP/クレイ=51.14/5(組成物合計質量部:56.14)の混合物を二軸混練(シリンダー温度170℃)であらかじめ混練してPP/クレイ混練物を得た。この混練物、MAPP及び3パスした混合物を、(PP/クレイ混練物)/MAPP/(3パス混合物)=56.14/10/34.86の組成比にて二軸混練(シリンダー温度180℃)で溶融混練した。そして、残存する水を除くために真空ベントにより脱気を行った。得られた組成物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/クレイ/AO=51.14/10/20/(3.86+10)/5/1であった。
組成比がPP/クレイ=51.14/5(組成物合計質量部:56.14)の混合物を二軸混練(シリンダー温度170℃)であらかじめ混練してPP/クレイ混練物を得た。この混練物、MAPP及び3パスした混合物を、(PP/クレイ混練物)/MAPP/(3パス混合物)=56.14/10/34.86の組成比にて二軸混練(シリンダー温度180℃)で溶融混練した。そして、残存する水を除くために真空ベントにより脱気を行った。得られた組成物の組成比は、PP/MAPP/PLA/AcNUKP/クレイ/AO=51.14/10/20/(3.86+10)/5/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図22に示す。
図22の偏光顕微鏡観察像によると太い繊維の繊維径は5μm程度であり、電子顕微鏡観察像によると細い繊維の繊維径は数十nm~1μm程度であった。また、図22の繊維は、解繊が少しは進行しているが、短繊維化が顕著であることがわかった。
得られた組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表8に示す。
表2と表8とを比べると、比較例8の成形体では実施例2(試験番号PP717)に比べて、曲げ弾性率が1GPa、曲げ強度が110MPa以上低い。εカプロラクタムを添加していない比較例8の成形体は、比較例5(表3)と比較しても著しく物性が劣る。比較例8において、成形体の繊維による補強効果が得られない原因の1つは、繊維の顕著な短繊維化によると考察する。
以上のことは、解繊剤(εカプロラクタム)を使用しないと良好な物性の樹脂組成物(成形体)が得られないことを示すものである。すなわち、実施例2と比較例8との比較から、解繊剤(εカプロラクタム)の効果が顕著であることがわかる。
(実施例9)試験番号PP1172
実施例9の製造方法は、樹脂として実施例8で使用したPA6を使用しないこと、及び化学修飾パルプとしてAcNUKPの代わりにAcTUKPを使用したこと以外は、実施例8と同様である。
実施例9の製造方法は、樹脂として実施例8で使用したPA6を使用しないこと、及び化学修飾パルプとしてAcNUKPの代わりにAcTUKPを使用したこと以外は、実施例8と同様である。
実施例9の製造方法を説明する模式図を図23に示す。
PP以外の全ての原材料を、AcTUKP(ロット番号(11)T081)/MAPP/タルク/εカプロラクタム/水/AO=(2.13+10)/10/5/20/20.4/1)の混合比で混合し、これをスタート材料として使用した。
以下、図23に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、混練機シリンダーを90℃(上流部)~150℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。上記の設定温度はMAPPの加工温度として低温であるが、MAPPがεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料の混合物が混練され、一体化した状態で吐出された。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、混練機シリンダーを90℃(上流部)~150℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。上記の設定温度はMAPPの加工温度として低温であるが、MAPPがεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料の混合物が混練され、一体化した状態で吐出された。
(2パス目:εカプロラクタム/MAPP膨潤物の混練)
混練機シリンダーを130℃に設定した二軸混練機に、上記1パス済の混練物を通して、混練押出を行った。上記1パス目では水が大体取り除かれ、εカプロラクタムとMAPPとの膨潤物及びその他の成分が混練されたが、2パス目では残存する水及びεカプロラクタムが排出された。2パス後の混練物の組成比は、AcTUKP/MAPP/タルク/(εカプロラクタム+水)/AO=(2.13+10)/10/5/17.38/1(組成合計質量部は45.51)であった。
混練機シリンダーを130℃に設定した二軸混練機に、上記1パス済の混練物を通して、混練押出を行った。上記1パス目では水が大体取り除かれ、εカプロラクタムとMAPPとの膨潤物及びその他の成分が混練されたが、2パス目では残存する水及びεカプロラクタムが排出された。2パス後の混練物の組成比は、AcTUKP/MAPP/タルク/(εカプロラクタム+水)/AO=(2.13+10)/10/5/17.38/1(組成合計質量部は45.51)であった。
(3パス目:PPによる希釈押出)
上記2パス済の混練物にPPを混合し、(2パス混合物)/PP=45.51/72.87の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度180℃の二軸混練機で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、PP/MAPP/AcTUKP/タルク/AO=72.87/10/(2.13+10)/5/1であった。
上記2パス済の混練物にPPを混合し、(2パス混合物)/PP=45.51/72.87の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度180℃の二軸混練機で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、PP/MAPP/AcTUKP/タルク/AO=72.87/10/(2.13+10)/5/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図24に示す。偏光顕微鏡像によると太い繊維の繊維径は10μm程度であり、電子顕微鏡像によると細い繊維の繊維径は数十nm~1μm程度であった。
得られた組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表9に示す。
(比較例9)試験番号PP304
AcNBKP(ロット番号(12) Mb-c6-3)/PP/MAPP=(1.51+10)/78.49/10の組成比にて混合し、二軸混練機を用いて、混練シリンダー設定温度を170℃として溶融混練した。
AcNBKP(ロット番号(12) Mb-c6-3)/PP/MAPP=(1.51+10)/78.49/10の組成比にて混合し、二軸混練機を用いて、混練シリンダー設定温度を170℃として溶融混練した。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図25に示す。偏光顕微鏡像によると太い繊維の繊維径は20~30μm程度であり、電子顕微鏡像によると細い繊維の繊維径は数十nm~3μm程度であった。
比較例9の組成物から前記と同様に試験片(成形体)を作製し、前記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表10に示す。
実施例9の偏光顕微鏡観察像(図24)と、実施例6(MAPPに加えてPLAを使用)の偏光顕微鏡観察像(図15)、及び実施例8(MAPPに加えてPA6を使用)の偏光顕微鏡観察像(図19)とを比較すると、実施例9の観察像(図24)の方が、繊維径が大きく、樹脂中の繊維の分散性が低下しているように見えた。
一方、実施例9の偏光顕微鏡観察像(図24)と、比較例9に示す組成(εカプロラクタムを使用しないで製造した組成物)の偏光顕微鏡観察像(図25)とを比較すると、実施例9の観察像の方が、繊維の分散性が向上していることが観察された。これより、解繊助剤としてεカプロラクタムを使用して作製した実施例9の組成物における繊維の分散性は、通常の混練法で作製した組成物(比較例9)のそれよりも優れていることが確認された。
一方、実施例9の偏光顕微鏡観察像(図24)と、比較例9に示す組成(εカプロラクタムを使用しないで製造した組成物)の偏光顕微鏡観察像(図25)とを比較すると、実施例9の観察像の方が、繊維の分散性が向上していることが観察された。これより、解繊助剤としてεカプロラクタムを使用して作製した実施例9の組成物における繊維の分散性は、通常の混練法で作製した組成物(比較例9)のそれよりも優れていることが確認された。
成形体の物性については、表5、表6、及び表9の結果から、MAPP及びPLAを配合して調製した成形体(実施例6)、又はMAPP及びPA6を配合して調製した成形体(実施例8)と、実施例9の成形体とを比較すると、実施例9の曲げ特性は実施例6又は実施例8のそれより低い値であることがわかる。表9及び表10の結果から、実施例9の曲げ特性を、εカプロラクタム(解繊助剤)を使用しないで調製した成形体(比較例9)と比較すると、実施例9の曲げ特性は、比較例9の曲げ特性よりも飛躍的に向上していることがわかる。
(実施例10)試験番号PA6-617
実施例10の製造方法を説明する模式図を図26に示す。
実施例10の製造方法を説明する模式図を図26に示す。
実施例10の製造方法では、実施例9のMAPP及びPPの代わりにPA6を用いた。最初に非含水AcTUKP及びPA6を混合し、この混合物をスタート材料として使用した。スタート材料の混合比は、AcTUKP(ロット番号(13)日本製紙株式会社製)/PA6/εカプロラクタム=(1.41+10)/21.92/10である。
実施例10の製造方法は、1パス目にAcTUKP及びPA6の混合物を溶融混練してPA6中にAcTUKPを分散し、次いで、2パス目にPA6を追加してセルロース繊維含量が10%となるように希釈して混練する方法である。実施例10ではスタート材料を非含水とすることによって、実施例9における1パス目の脱水押出工程が省略され、実施例9の方法に比べて押出機パス回数が合計2回に減じられている。
以下、図26に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:εカプロラクタム/PA6混合物の混練)
上記のスタート材料を、混練機シリンダーを165℃に設定した二軸混練機に通すことにより混練押出を行った。この設定温度はPA6の加工温度として低温であるが、PA6がεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料の混合物が混練され、一体化した状態で吐出された。混練物の組成比は、AcTUKP/PA6/εカプロラクタム=(1.41+10)/21.92/10(組成合計質量部は43.33)であった。これを50℃の温水で洗浄してεカプロラクタムを除去した。
(1パス目:εカプロラクタム/PA6混合物の混練)
上記のスタート材料を、混練機シリンダーを165℃に設定した二軸混練機に通すことにより混練押出を行った。この設定温度はPA6の加工温度として低温であるが、PA6がεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料の混合物が混練され、一体化した状態で吐出された。混練物の組成比は、AcTUKP/PA6/εカプロラクタム=(1.41+10)/21.92/10(組成合計質量部は43.33)であった。これを50℃の温水で洗浄してεカプロラクタムを除去した。
(2パス目:PA6による希釈、押出)
上記1パス洗浄済の混練物にPA6を混合し、(1パス洗浄済混合物)/PA6=33.33/66.66の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度200~215℃の二軸混練機で溶融混練した。得られた溶融混練物の組成比は、PA6/AcTUKP=88.59/11.41である。
上記1パス洗浄済の混練物にPA6を混合し、(1パス洗浄済混合物)/PA6=33.33/66.66の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度200~215℃の二軸混練機で溶融混練した。得られた溶融混練物の組成比は、PA6/AcTUKP=88.59/11.41である。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図27に示す。偏光顕微鏡像によると太い繊維の繊維径は5~10μm程度であり、電子顕微鏡像によると細い繊維の繊維径は数十nm~1μm程度であった。
実施例10の組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、前記方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表11に示す。
(比較例10)試験番号PA6-614
出発材料として非含水AcTUKP及びPA6とを、AcTUKP(ロット番号(13)日本製紙株式会社製)/PA6=(1.41+10)/21.92の組成比にて混合し、二軸混練機の混練シリンダー設定温度を200℃として溶融混練した。これをPA6で3倍に希釈し混練して、溶融混練物(組成比PA6/AcTUKP=88.59/11.41、セルロース繊維として10%を含有)を得た。
出発材料として非含水AcTUKP及びPA6とを、AcTUKP(ロット番号(13)日本製紙株式会社製)/PA6=(1.41+10)/21.92の組成比にて混合し、二軸混練機の混練シリンダー設定温度を200℃として溶融混練した。これをPA6で3倍に希釈し混練して、溶融混練物(組成比PA6/AcTUKP=88.59/11.41、セルロース繊維として10%を含有)を得た。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図28に示す。偏光顕微鏡像及び電子顕微鏡像によると太い繊維の繊維径は10~20μm程度であり、細い繊維の繊維径は数十nm~1μm程度であった。
比較例10の組成物から、前記方法に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、上記方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表12に示す。
実施例10の偏光顕微鏡観察像(図27)と比較例10の偏光顕微鏡観察像(図28)とを比較すると、比較例10の組成物中の繊維の分散性は明らかに悪く、かつ短繊維化が進行しており、実施例10の組成物中では明らかに繊維の分散性が向上していた。
成形体の物性については、表11及び表12の結果から、実施例10の成形体の曲げ物性は、比較例10に示すεカプロラクタム(解繊助剤)を使用しないで作製した成形体の曲げ物性よりも飛躍的に向上していることがわかる。
(実施例11)試験番号POM-169
実施例11の製造方法は、実施例9の製造方法と比べて、MAPP及びPPの代わりにPOMを使用すること、そして、AO及びタルクを使用しない点が異なる。
実施例11の製造方法は、実施例9の製造方法と比べて、MAPP及びPPの代わりにPOMを使用すること、そして、AO及びタルクを使用しない点が異なる。
実施例11の製造方法を説明する模式図を図29に示す。
原材料を、AcTUKP(ロット番号(14)T072)/POM/εカプロラクタム/水=(2.1+10)/21.23/20/25の混合比で混合し、これをスタート材料として使用した。
以下、図29に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、混練機シリンダーを90℃(上流部)~140℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。この工程でPOMがεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料の混合物が混練されて一体化した状態で吐出された。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、混練機シリンダーを90℃(上流部)~140℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。この工程でPOMがεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料の混合物が混練されて一体化した状態で吐出された。
(2パス目:εカプロラクタム/POM膨潤物の混練)
混練機シリンダーを140℃に設定した二軸混練機に、上記1パス済の混練物を通して、混練押出を行った。上記1パス目では水が大体取り除かれたが、2パス目では残存する水及びεカプロラクタムが排出された。2パス後の混練物の組成比は、AcTUKP/POM/(εカプロラクタム+水)=(2.1+10)/21.23/19.81(組成合計質量部は53.14)であった。
混練機シリンダーを140℃に設定した二軸混練機に、上記1パス済の混練物を通して、混練押出を行った。上記1パス目では水が大体取り除かれたが、2パス目では残存する水及びεカプロラクタムが排出された。2パス後の混練物の組成比は、AcTUKP/POM/(εカプロラクタム+水)=(2.1+10)/21.23/19.81(組成合計質量部は53.14)であった。
(3パス目:POMによる希釈押出)
上記2パス済の混練物にPOMを混合し、(2パス混合物)/PP=53.14/66.66の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度160~170℃に傾斜加熱された二軸混練機で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、POM/AcTUKP=87.89/(2.1+10)であった。
上記2パス済の混練物にPOMを混合し、(2パス混合物)/PP=53.14/66.66の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度160~170℃に傾斜加熱された二軸混練機で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、POM/AcTUKP=87.89/(2.1+10)であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図30に示す。偏光顕微鏡像によると太い繊維の繊維径は5~10μm程度であり、電子顕微鏡像によると細い繊維の繊維径は数十nm~2μm程度であった。
得られた組成物から、前記方法に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、前記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表13に示す。
(比較例11)試験番号POM-170
AcTUKP(ロット番号(15)T073)/POM=(1.97+10)/88.02の組成比にて、AcTUKP及びPOMを混合し、二軸混練機を用いて、混練シリンダー設定温度を160~170℃に設定し溶融混練した。
AcTUKP(ロット番号(15)T073)/POM=(1.97+10)/88.02の組成比にて、AcTUKP及びPOMを混合し、二軸混練機を用いて、混練シリンダー設定温度を160~170℃に設定し溶融混練した。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図31に示す。偏光顕微鏡像によると太い繊維の繊維径は50μm以上であり、電子顕微鏡像によると細い繊維の繊維径は数十nm~5μm程度であった。
比較例11の組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、その試験片について、前記方法で3点曲げ試験を行った。結果を表14に示す。
図30と図31とを比較することにより、実施例11の組成物では、比較例11(εカプロラクタムを使用しない製造方法)よりも組成物中での繊維の分散性の向上が認められた。
成形体の物性については、表13及び表14の結果から、実施例11の成形体の曲げ特性は、比較例11の曲げ特性と比較して、飛躍的に向上していることがわかる。
(実施例12)試験番号PE198
化学修飾パルプとして、AcTUKP(ロット番号(11)T081)の代わりにAcTUKP(ロット番号(15)T073)を用いるほかは、実施例9と同様のスタート材料を用いた。そして、3パス目でPPの代わりに高密度ポリエチレン(HDPE)を用いる以外は、実施例9と同様の工程で、実施例12の組成物を製造した。
化学修飾パルプとして、AcTUKP(ロット番号(11)T081)の代わりにAcTUKP(ロット番号(15)T073)を用いるほかは、実施例9と同様のスタート材料を用いた。そして、3パス目でPPの代わりに高密度ポリエチレン(HDPE)を用いる以外は、実施例9と同様の工程で、実施例12の組成物を製造した。
実施例12の製造方法を説明する模式図を図32に示す。
以下、図32に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:脱水押出)
スタート材料として、混合比が、AcTUKP(ロット番号(15)T073)/MAPP/タルク/εカプロラクタム/水/AO=(1.97+10)/10/5/20/25/1の混合物を使用した。このスタート材料を、実施例9と同一の温度条件でベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。MAPPがεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料が混練されて一体化した状態で吐出された。
(1パス目:脱水押出)
スタート材料として、混合比が、AcTUKP(ロット番号(15)T073)/MAPP/タルク/εカプロラクタム/水/AO=(1.97+10)/10/5/20/25/1の混合物を使用した。このスタート材料を、実施例9と同一の温度条件でベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。MAPPがεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料が混練されて一体化した状態で吐出された。
(2パス目:εカプロラクタム/MAPP膨潤物の混練)
上記1パス済の混練物を実施例9と同一の条件で二軸混練機に通して混練押出を行い、混練物中の水及びεカプロラクタムを排出した。2パス後の混練物の組成比は、AcTUKP/MAPP/タルク/(εカプロラクタム+水)/AO=(1.97+10)/10/5/17.25/1(組成合計質量部は45.22)であった。
上記1パス済の混練物を実施例9と同一の条件で二軸混練機に通して混練押出を行い、混練物中の水及びεカプロラクタムを排出した。2パス後の混練物の組成比は、AcTUKP/MAPP/タルク/(εカプロラクタム+水)/AO=(1.97+10)/10/5/17.25/1(組成合計質量部は45.22)であった。
(3パス目:HDPEによる希釈押出)
上記2パス済の混練物にHDPEを混合し、(2パス済混合物)/HDPE=45.22/73.03の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度140℃の二軸混練機で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、HDPE/MAPP/AcTUKP/タルク/AO=73.03/10/(1.97+10)/5/1であった。
上記2パス済の混練物にHDPEを混合し、(2パス済混合物)/HDPE=45.22/73.03の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度140℃の二軸混練機で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、HDPE/MAPP/AcTUKP/タルク/AO=73.03/10/(1.97+10)/5/1であった。
得られた溶融混練組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図33に示す。偏光顕微鏡像によると太い繊維の繊維径は30μm程度であり、電子顕微鏡像によると細い繊維の繊維径は数百nm~1μm程度であった。
得られた実施例12の組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、前記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表15に示す。
(比較例12)試験番号PE196
スタート材料の各成分を、AcTUKP(ロット番号(15)T073)/HDPE/MAPP/タルク/AO=(1.97+10)/72.03/10/5/1の組成比にて混合し、二軸混練機を用いて、混練シリンダー設定温度を140℃として溶融混練した。
スタート材料の各成分を、AcTUKP(ロット番号(15)T073)/HDPE/MAPP/タルク/AO=(1.97+10)/72.03/10/5/1の組成比にて混合し、二軸混練機を用いて、混練シリンダー設定温度を140℃として溶融混練した。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図34に示す。偏光顕微鏡像によると太い繊維の繊維径は50μm程度であり、電子顕微鏡像によると細い繊維の繊維径は数百nm~10μm程度であった。
比較例12の組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について上記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表16に示す。
図33と図34との比較により、実施例12の組成物は、比較例12の組成物と比較すると、組成物中の繊維の分散性が良好であった。このことから、εカプロラクタム(解繊助剤)を使用して作製した実施例12の組成物中の繊維の分散性は、比較例12(εカプロラクタムを使用しない方法)の組成物のそれよりも優れていることが確認された。
成形体の物性については、表15及び表16の結果から、実施例12の成形体は、比較例12の成形体と比較して、飛躍的に曲げ特性が向上した。
(実施例13)試験番号PE190
実施例12の場合と同様の工程で、タルクを含まない高密度ポリエチレン(HDPE)組成物を調製した。
実施例12の場合と同様の工程で、タルクを含まない高密度ポリエチレン(HDPE)組成物を調製した。
実施例12と異なる点は、スタート材料にタルクを含まない点、及び使用したAcTUKPのAc化DSが若干大きい点である。
スタート材料の組成比は、AcTUKP(ロット番号(14)T072)/MAPP/εカプロラクタム/水/AO=(2.1+10)/10/20/25/1であった。
以下に各工程について説明する。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、実施例12と同一温度条件でベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、実施例12と同一温度条件でベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。
(2パス目:εカプロラクタム/MAPP膨潤物の混練)
実施例12と同一条件で上記1パス済の混練物を通して、混練押出を行った。2パス後の混練物の組成比は、AcTUKP/MAPP/(εカプロラクタム+水)/AO=(2.1+10)/10/17.85/1(組成合計質量部は40.95)であった。
実施例12と同一条件で上記1パス済の混練物を通して、混練押出を行った。2パス後の混練物の組成比は、AcTUKP/MAPP/(εカプロラクタム+水)/AO=(2.1+10)/10/17.85/1(組成合計質量部は40.95)であった。
(3パス目:HDPEによる希釈押出)
上記2パス済の混練物にHDPEを混合し、(2パス混合物)/HDPE=40.95/77.9の組成比の混合物とし、これを実施例12と同一条件で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、HDPE/MAPP/AcTUKP/AO=77.9/10/(2.1+10)/1であった。
上記2パス済の混練物にHDPEを混合し、(2パス混合物)/HDPE=40.95/77.9の組成比の混合物とし、これを実施例12と同一条件で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、HDPE/MAPP/AcTUKP/AO=77.9/10/(2.1+10)/1であった。
得られた組成物から、実施例12と同様の条件で顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図35に示す。偏光顕微鏡像によると太い繊維の繊維径は10~20μm 程度であり、電子顕微鏡像によると細い繊維の繊維径は数十nm~5μm程度であった。
実施例13の組成物から、実施例12と同様にして試験片(成形体)を作製し、試験片について実施例12の場合と同様に3点曲げ試験を行った。その結果を表17に示す。
図33と図35との比較により、実施例12の組成物(タルク5%及びAcTUKPを含む組成物)と比較して、実施例13では繊維分散性がやや低下していた。この結果より、タルクが解繊副剤として作用していることがわかった。
成形体の物性については、表15及び表17の結果から、実施例13の成形体の物性は実施例12のそれと同等であった。
(実施例14)試験番号PE200
実施例12のスタート材料にPLAを添加したものを実施例14のスタート材料とし、実施例12と類似の操作で、樹脂としてPLAと高密度ポリエチレン(HDPE)を含む樹脂組成物を製造した。
実施例12のスタート材料にPLAを添加したものを実施例14のスタート材料とし、実施例12と類似の操作で、樹脂としてPLAと高密度ポリエチレン(HDPE)を含む樹脂組成物を製造した。
実施例14の製造方法を説明する模式図を図36に示す。
出発原料の混合比は、AcTUKP(ロット番号(11)T081)/MAPP/PLA/タルク/εカプロラクタム/水/AO=(2.13+10)/10/20/5/20/19.1/1であった。
以下、図36に記載の各工程について詳細に説明する。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、混練機シリンダーを80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。上記の設定温度はPLAの加工温度として低温であるが、PLAがεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料の混合物が混練され、一体化した状態で吐出された。
(1パス目:脱水押出)
上記のスタート材料を、混練機シリンダーを80℃(上流部)~130℃(下流部)に傾斜加熱し、ベントを設けた二軸混練機に通すことにより脱水押出を行った。上記の設定温度はPLAの加工温度として低温であるが、PLAがεカプロラクタムにより膨潤され、上記スタート材料の混合物が混練され、一体化した状態で吐出された。
(2パス目:εカプロラクタム/PLA膨潤物の混練)
混練機シリンダーを80℃に設定した二軸混練機に、上記1パス済の混練物を投入し混練押出を行った。2パス目では残存する水及びεカプロラクタムが排出された。2パス後の混練物の組成比は、AcTUKP/MAPP/PLA/タルク/(εカプロラクタム+水)/AO=(2.13+10)/10/20/5/17.77/1(組成合計質量部は65.9)であった。
混練機シリンダーを80℃に設定した二軸混練機に、上記1パス済の混練物を投入し混練押出を行った。2パス目では残存する水及びεカプロラクタムが排出された。2パス後の混練物の組成比は、AcTUKP/MAPP/PLA/タルク/(εカプロラクタム+水)/AO=(2.13+10)/10/20/5/17.77/1(組成合計質量部は65.9)であった。
(3パス目:HDPEによる希釈押出)
上記2パス済の混練物にHDPEを混合し、(2パス混合物)/HDPE=65.9/52.87の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度180℃の二軸混練機で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、HDPE/MAPP/PLA/AcTUKP/タルク/AO=52.87/10/20/(2.13+10)/5/1であった。
上記2パス済の混練物にHDPEを混合し、(2パス混合物)/HDPE=65.9/52.87の組成比の混合物とし、これをシリンダー温度180℃の二軸混練機で溶融混練し、残存する水及びεカプロラクタムを取り除くため、真空ベントにより脱気を行った。得られた溶融混練物の組成比は、HDPE/MAPP/PLA/AcTUKP/タルク/AO=52.87/10/20/(2.13+10)/5/1であった。
得られた組成物から、前記条件に従って顕微鏡観察用試料を作製し、試料中の繊維の状態を、前記の偏光顕微鏡及び電子顕微鏡により観察した。得られた偏光顕微鏡観察像及び電子顕微鏡観察像を図37に示す。偏光顕微鏡像によると太い繊維の繊維径は5~10μm 程度であり、電子顕微鏡像によると細い繊維の繊維径は数十nm~1μm程度であった。
実施例14の組成物から、前記条件に従って試験片(成形体)を作製し、試験片について、前記の方法で3点曲げ試験を行った。その結果を表18に示す。
図34と図37との比較により、実施例14の組成物中の繊維は、PLAを使用していない実施例12の組成物中の繊維よりも明らかに解繊性が向上していた。
成形体の物性については、表15及び表18の結果から、実施例12の成形体(PLAを含有しない)に比べて、実施例14の成形体(PLAを含有)は、曲げ特性が飛躍的に向上した。
解繊試験
有機溶媒として、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、アセトン、及びイソプロピルアルコール(IPA)を使用し、繊維の解繊試験を行った。具体的には、製造例2で製造したAcTUKP(ロット番号(16)NT-353)乾燥重量換算30mgを、上記の各種有機溶媒2mlに加え、室温下、マグネチックスターラー(500rpm)で20時間撹拌した。攪拌終了後、偏光顕微鏡(オリンパスシステム偏光顕微鏡BX53-31P-OC-1 10倍の対物レンズを使用)で観察し、幅1~200μmの繊維の数(A)のうちで幅1~10μmの繊維の数(B)を数えた。
有機溶媒として、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、アセトン、及びイソプロピルアルコール(IPA)を使用し、繊維の解繊試験を行った。具体的には、製造例2で製造したAcTUKP(ロット番号(16)NT-353)乾燥重量換算30mgを、上記の各種有機溶媒2mlに加え、室温下、マグネチックスターラー(500rpm)で20時間撹拌した。攪拌終了後、偏光顕微鏡(オリンパスシステム偏光顕微鏡BX53-31P-OC-1 10倍の対物レンズを使用)で観察し、幅1~200μmの繊維の数(A)のうちで幅1~10μmの繊維の数(B)を数えた。
Aに対するBの割合(%)を求め、この割合をこの試験では解繊度と称する。そして、80%以上の解繊度を示した有機溶媒は解繊助剤としての性能が良好、80%未満の有機溶媒は解繊助剤としての性能が不十分と判定した。
結果を表19に示す。
結果を表19に示す。
Claims (17)
- セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤であって、
下記一般式(1):
R1-CO-N(R2)-R3 (1)
(式中、R1及びR3は、同一又は異なって、水素原子、若しくは炭素数1~4のアルキル基を示すか、又はR1とR3とが一緒になって炭素数3~11のアルキレン基を示す。R2は、水素原子、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数2~4のアシル基を示す。)で表されるアミド化合物を主成分とする、解繊助剤。 - 前記アミド化合物が、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン、δ-バレロラクタム、N-メチル-δ-バレロラクタム、ε-カプロラクタム、N-メチル-ε-カプロラクタム、N-アセチル-ε-カプロラクタム、ウンデカンラクタム及びラウロラクタムからなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項1に記載の解繊助剤。
- 前記アミド化合物が、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、ε-カプロラクタム、N-メチル-ε-カプロラクタム、ウンデカンラクタム及びラウロラクタムからなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項1に記載の解繊助剤。
- 前記アミド化合物が、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドン、及びε-カプロラクタムからなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項1に記載の解繊助剤。
- 前記解繊助剤が、さらに、タルク、クレイ、ゼオライト、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ、酸化マグネシウム、マイカ、塩化リチウム、N-メチルモルホリンN-オキシド及び尿素からなる群から選ばれる少なくとも一種の解繊副剤を含む、請求項1~4のいずれかに記載の解繊助剤。
- 前記解繊助剤が、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤である、請求項1~5のいずれかに記載の解繊助剤。
- 前記解繊助剤が、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、炭素数2~5のアシル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤である、請求項1~5のいずれかに記載の解繊助剤。
- 前記解繊助剤が、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、アセチル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊するための解繊助剤である、請求項1~5のいずれかに記載の解繊助剤。
- 解繊助剤により解繊される疎水化セルロース系繊維集合体が植物由来のセルロース系繊維集合体である、請求項1~8のいずれかに記載の解繊助剤。
- 解繊助剤により解繊される疎水化セルロース系繊維集合体が植物由来のリグノセルロース繊維集合体である、請求項1~9のいずれかに記載の解繊助剤。
- (1)請求項1~10のいずれかに記載の解繊助剤を使用して、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体を解繊して、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維を製造する第一工程と、
(2)第一工程で得られたミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを混合する第二工程とを含む、
ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法。 - 請求項1~10のいずれかに記載の解繊助剤、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体、及び、樹脂を混合し、この混合操作中に請求項1~10のいずれかに記載の疎水化セルロース系繊維集合体を解繊してミクロフィブリル化する工程を含む、
ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法。 - (1)請求項1~10のいずれかに記載の解繊助剤、セルロース系繊維の一部の水酸基の水素原子が、一般式(A):Ra-CO-(式中、Raは炭素数1~4のアルキル基、又は、電子供与性の置換基を有してもよいフェニル基を示す。)で表されるアシル基、又は、一般式(B):Rb-(式中、Rbは炭素数1~4のアルキル基、2-ヒドロキシエチル基、2-ヒドロキシプロピル基、2-シアノエチル基又はアリル基を示す。)で表される、置換基を有することもあるアルキル基で置換された疎水化セルロース系繊維集合体、及び樹脂を混合し、この混合操作中に前記疎水化セルロース系繊維集合体を解繊してミクロフィブリル化する第一工程と、
(2)第一工程で得られた、解繊助剤、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維及び樹脂の混合物から解繊助剤を除去する第二工程とを含む、
ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維と樹脂とを含有する樹脂組成物の製造方法。 - 請求項11の第一工程若しくは第二工程、請求項12の工程、又は請求項13の第一工程において、さらに相溶化剤を混合する、ミクロフィブリル化された疎水化セルロース系繊維、樹脂及び相溶化剤を含有する樹脂組成物の製造方法。
- 前記樹脂が、1種又は2種以上の熱可塑性樹脂である、請求項11~14のいずれかに記載の樹脂組成物の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリアミド、ポリオレフィン、脂肪族ポリエステル、芳香族ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリカーボネート-ABSアロイ(PC-ABSアロイ)及び変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)からなる群から選ばれる1種又は2種以上である、請求項15に記載の樹脂組成物の製造方法。
- 請求項11~16のいずれかに記載の製造方法により製造された樹脂組成物からなる成形体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020501025A JP6775160B2 (ja) | 2018-02-21 | 2019-02-21 | 疎水化セルロース系繊維用の解繊助剤、それを使用する樹脂組成物の製造方法並びに成形体 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018029067 | 2018-02-21 | ||
JP2018-029067 | 2018-02-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2019163873A1 true WO2019163873A1 (ja) | 2019-08-29 |
Family
ID=67687702
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/006481 WO2019163873A1 (ja) | 2018-02-21 | 2019-02-21 | 疎水化セルロース系繊維用の解繊助剤、それを使用する樹脂組成物の製造方法並びに成形体 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6775160B2 (ja) |
WO (1) | WO2019163873A1 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021084999A (ja) * | 2019-11-29 | 2021-06-03 | 宇部興産株式会社 | 繊維強化ポリアミド樹脂組成物 |
WO2021172407A1 (ja) * | 2020-02-26 | 2021-09-02 | 国立大学法人京都大学 | 解繊性が改良された繊維強化樹脂組成物及びその製造方法、並びに成形体及び解繊剤 |
JP2021155491A (ja) * | 2020-03-25 | 2021-10-07 | 旭化成株式会社 | 微細セルロース繊維を含む複合粒子、及び複合粒子を含む樹脂組成物 |
WO2021251215A1 (ja) * | 2020-06-10 | 2021-12-16 | 大王製紙株式会社 | 繊維状セルロース含有物、繊維状セルロース複合樹脂、及び繊維状セルロース含有物の製造方法 |
JP2022548883A (ja) * | 2020-05-29 | 2022-11-22 | エルジー・ケム・リミテッド | 高分子複合体 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005042283A (ja) * | 2003-07-08 | 2005-02-17 | Kansai Tlo Kk | 脂肪族ポリエステル組成物の製造方法とそれに用いるパルプ及びセルロース系繊維並びにそのミクロフィブリル化方法 |
JP2007260941A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Hokuetsu Paper Mills Ltd | 紙配合熱可塑性樹脂組成物の製造方法及びそれに用いる紙ペレット |
WO2010134357A1 (ja) * | 2009-05-22 | 2010-11-25 | 国立大学法人東京大学 | セルロースナノファイバー分散液の製造方法、セルロースナノファイバー分散液、セルロースナノファイバー成形体、及びセルロースナノファイバー複合体 |
JP2011006609A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Daicel Chemical Industries Ltd | 微小セルロース系繊維含有樹脂組成物及びその製造方法 |
JP2017057273A (ja) * | 2015-09-16 | 2017-03-23 | 王子ホールディングス株式会社 | 成形体及び成形体用シート |
JP2018009095A (ja) * | 2016-07-13 | 2018-01-18 | 大阪瓦斯株式会社 | 樹脂組成物及びそれを用いた複合樹脂組成物、これらの製造方法並びに複合体 |
WO2018235905A1 (ja) * | 2017-06-22 | 2018-12-27 | 国立大学法人京都大学 | 繊維強化樹脂組成物、繊維強化成形体及びその製造方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018235908A1 (ja) * | 2017-06-23 | 2018-12-27 | Jfeスチール株式会社 | 表面に金属酸化物が付着した黒鉛の製造方法、表面に金属酸化物と水溶性レジンとが付着した黒鉛、黒鉛含有キャスタブル耐火物および黒鉛含有キャスタブル耐火物の製造方法 |
-
2019
- 2019-02-21 JP JP2020501025A patent/JP6775160B2/ja active Active
- 2019-02-21 WO PCT/JP2019/006481 patent/WO2019163873A1/ja active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005042283A (ja) * | 2003-07-08 | 2005-02-17 | Kansai Tlo Kk | 脂肪族ポリエステル組成物の製造方法とそれに用いるパルプ及びセルロース系繊維並びにそのミクロフィブリル化方法 |
JP2007260941A (ja) * | 2006-03-27 | 2007-10-11 | Hokuetsu Paper Mills Ltd | 紙配合熱可塑性樹脂組成物の製造方法及びそれに用いる紙ペレット |
WO2010134357A1 (ja) * | 2009-05-22 | 2010-11-25 | 国立大学法人東京大学 | セルロースナノファイバー分散液の製造方法、セルロースナノファイバー分散液、セルロースナノファイバー成形体、及びセルロースナノファイバー複合体 |
JP2011006609A (ja) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Daicel Chemical Industries Ltd | 微小セルロース系繊維含有樹脂組成物及びその製造方法 |
JP2017057273A (ja) * | 2015-09-16 | 2017-03-23 | 王子ホールディングス株式会社 | 成形体及び成形体用シート |
JP2018009095A (ja) * | 2016-07-13 | 2018-01-18 | 大阪瓦斯株式会社 | 樹脂組成物及びそれを用いた複合樹脂組成物、これらの製造方法並びに複合体 |
WO2018235905A1 (ja) * | 2017-06-22 | 2018-12-27 | 国立大学法人京都大学 | 繊維強化樹脂組成物、繊維強化成形体及びその製造方法 |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021084999A (ja) * | 2019-11-29 | 2021-06-03 | 宇部興産株式会社 | 繊維強化ポリアミド樹脂組成物 |
JP7416359B2 (ja) | 2019-11-29 | 2024-01-17 | Ube株式会社 | 繊維強化ポリアミド樹脂組成物 |
WO2021172407A1 (ja) * | 2020-02-26 | 2021-09-02 | 国立大学法人京都大学 | 解繊性が改良された繊維強化樹脂組成物及びその製造方法、並びに成形体及び解繊剤 |
JP2021155491A (ja) * | 2020-03-25 | 2021-10-07 | 旭化成株式会社 | 微細セルロース繊維を含む複合粒子、及び複合粒子を含む樹脂組成物 |
JP7444669B2 (ja) | 2020-03-25 | 2024-03-06 | 旭化成株式会社 | 微細セルロース繊維を含む複合粒子、及び複合粒子を含む樹脂組成物 |
JP2022548883A (ja) * | 2020-05-29 | 2022-11-22 | エルジー・ケム・リミテッド | 高分子複合体 |
JP7451013B2 (ja) | 2020-05-29 | 2024-03-18 | エルジー・ケム・リミテッド | 高分子複合体 |
JP7048671B2 (ja) | 2020-06-10 | 2022-04-05 | 大王製紙株式会社 | 繊維状セルロース含有物、繊維状セルロース複合樹脂、及び繊維状セルロース含有物の製造方法 |
CN115516023A (zh) * | 2020-06-10 | 2022-12-23 | 大王制纸株式会社 | 纤维状纤维素含有物、纤维状纤维素复合树脂和纤维状纤维素含有物的制造方法 |
JP2021195405A (ja) * | 2020-06-10 | 2021-12-27 | 大王製紙株式会社 | 繊維状セルロース含有物、繊維状セルロース複合樹脂、及び繊維状セルロース含有物の製造方法 |
WO2021251215A1 (ja) * | 2020-06-10 | 2021-12-16 | 大王製紙株式会社 | 繊維状セルロース含有物、繊維状セルロース複合樹脂、及び繊維状セルロース含有物の製造方法 |
CN115516023B (zh) * | 2020-06-10 | 2024-04-12 | 大王制纸株式会社 | 纤维状纤维素含有物、纤维状纤维素复合树脂和纤维状纤维素含有物的制造方法 |
JP7557494B2 (ja) | 2020-06-10 | 2024-09-27 | 大王製紙株式会社 | 繊維状セルロース含有物、繊維状セルロース複合樹脂、及び繊維状セルロース含有物の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2019163873A1 (ja) | 2020-05-28 |
JP6775160B2 (ja) | 2020-10-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7185215B2 (ja) | 繊維強化樹脂組成物、繊維強化成形体及びその製造方法 | |
WO2019163873A1 (ja) | 疎水化セルロース系繊維用の解繊助剤、それを使用する樹脂組成物の製造方法並びに成形体 | |
EP3272812B1 (en) | Fiber-reinforced resin composition comprising chemically modified cellulose nanofibers and thermoplastic resin | |
CN104334615B (zh) | 包含改性微纤化植物纤维的树脂组合物的制造方法、以及该树脂组合物 | |
CN108779261B (zh) | 含有酰化修饰微纤化植物纤维的母料 | |
JP6012206B2 (ja) | 変性セルロースナノファイバー及び変性セルロースナノファイバーを含む樹脂組成物 | |
US9809687B2 (en) | Process for manufacturing a thermoformable plasticized composite containing cellulose fiber and a moldable polymer | |
JP7460989B2 (ja) | セルロース複合体の製造方法、セルロース複合体/樹脂組成物の製造方法、セルロース複合体、及びセルロース複合体/樹脂組成物 | |
WO2020050286A1 (ja) | 複合粒子及び樹脂組成物 | |
JP7444669B2 (ja) | 微細セルロース繊維を含む複合粒子、及び複合粒子を含む樹脂組成物 | |
US20240117127A1 (en) | Method for Producing Resin Composition | |
Nasution et al. | The role of amphiphilic chitosan in hybrid nanocellulose–reinforced polylactic acid biocomposite | |
WO2021172407A1 (ja) | 解繊性が改良された繊維強化樹脂組成物及びその製造方法、並びに成形体及び解繊剤 | |
JP6792265B2 (ja) | エチレングリコール誘導体を含有するアセチル化パルプ組成物、ミクロフィブリル化されたアセチル化パルプを含有する樹脂組成物、及びそれらの製造方法 | |
JP2021187885A (ja) | セルロース樹脂組成物及びその製造方法 | |
JP7333510B2 (ja) | 繊維強化樹脂組成物及びその製造方法、並びに成形体 | |
JP7367918B2 (ja) | 塩化ビニル系重合体組成物、その製造方法及びその用途 | |
JP2018150414A (ja) | 化学修飾リグノセルロースの熱圧成形体、及びその製造方法 | |
JP2021181545A (ja) | 塩化ビニル系重合体組成物、その製造方法及びその用途 | |
WO2023013514A1 (ja) | セルロース含有樹脂組成物、3dプリンタ用フィラメント、及びセルロース含有樹脂組成物の製造方法 | |
JP2019119756A (ja) | 透明な溶融混練組成物及びその製造方法、並びに成形体 | |
WO2022260175A1 (ja) | 樹脂組成物及びその製造方法 | |
JP2023177265A (ja) | 樹脂組成物及び成形体 | |
JP2024031890A (ja) | 3dプリント用造形材料及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19756834 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2020501025 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19756834 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |