WO2020044742A1 - 樹脂組成物、水性樹脂組成物、塗料、および金属 - Google Patents

樹脂組成物、水性樹脂組成物、塗料、および金属 Download PDF

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碧 坂巻
智弘 八木
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Definitions

  • the present invention relates to a resin composition and an aqueous resin composition containing cellulose nanofibers, a paint containing the resin composition, and a metal having a coating film formed by applying the paint.
  • metal is coated with a paint containing a resin to prevent corrosion, and a coating film formed by the coating is required to have various characteristics depending on the use of the metal.
  • a coating film formed by the coating is required to have various characteristics depending on the use of the metal.
  • the coating formed on the inner surface of the can does not impair the flavor of the contents, is non-toxic, and has excellent adhesiveness and processability. Has been requested.
  • the present inventors have conducted intensive studies to achieve such an object, and as a result, have found that it is extremely effective to mix anion-modified cellulose nanofiber (CNF) into a resin composition, and have completed the present invention.
  • CNF anion-modified cellulose nanofiber
  • the present invention provides the following.
  • the resin composition according to (1) or (2) which is an aqueous resin composition.
  • the present invention it is possible to provide a resin composition capable of obtaining a coating film having excellent adhesion, strength, and smoothness. Further, according to the present invention, it is possible to provide a paint containing the resin composition and a metal having a coating film formed by applying the paint.
  • to includes an end value. That is, “X to Y” includes the values X and Y at both ends.
  • the resin composition of the present invention contains at least one resin selected from an epoxy resin, a urethane resin, a fluororesin, a silicone resin, an acrylic resin, and a vinyl resin, and an anion-modified cellulose nanofiber.
  • the anion-modified cellulose nanofiber used in the present invention is a fine fiber obtained by fibrillating an anion-modified cellulose-based material obtained by anion-modifying a cellulose-based material.
  • the average fiber diameter of the anion-modified cellulose nanofiber used in the present invention is preferably 1 to 200 nm, more preferably about 2 to 100 nm.
  • the average fiber length of the anion-modified cellulose nanofiber used in the present invention is preferably from 40 to 3,000 nm, more preferably from about 100 to 1,500 nm.
  • the average fiber diameter and average fiber length of the cellulose nanofibers are obtained by observing each fiber using a scanning electron microscope (SEM), an atomic force microscope (AFM) or a transmission electron microscope (TEM). It can be obtained by averaging the diameter and fiber length.
  • the average aspect ratio of the anion-modified cellulose nanofiber used in the present invention is usually 10 or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but is usually 1,000 or less.
  • Cellulose-based materials include plants (eg, wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, agricultural waste, cloth, pulp (softwood unbleached kraft pulp (NUKP), softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood unbleached kraft pulp) (LUKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), softwood unbleached sulphite pulp (NUSP), softwood bleached sulphite pulp (NBSP), thermomechanical pulp (TMP), recycled pulp, waste paper, etc.), animals (for example ascidians) ), Algae, microorganisms (for example, acetic acid bacteria (Acetobacter)), microorganism products, etc., are known, and any of them can be used in the present invention. Cellulose fibers of derived origin are more preferred.
  • Anionic modification refers to introducing an anionic group into cellulose, specifically, introducing an anionic group into a pyranose ring by an oxidation or substitution reaction.
  • the oxidation reaction refers to a reaction in which a hydroxyl group of a pyranose ring is directly oxidized to a carboxyl group.
  • the substitution reaction is a reaction for introducing an anionic group into a pyranose ring by a substitution reaction other than the oxidation.
  • Oxidized (carboxylated) cellulose can be used as the anion-modified cellulose.
  • Oxidized cellulose also referred to as “carboxylated cellulose”
  • the amount of the carboxyl group is preferably from 0.6 to 3.0 mmol / g, more preferably from 1.0 to 2.0 mmol / g, based on the absolute dry mass of the anion-modified cellulose nanofiber.
  • a cellulosic raw material is prepared in water using an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide, and a mixture thereof. Oxidation may be mentioned.
  • the primary hydroxyl group at the C6 position of the glucopyranose ring on the cellulose surface is selectively oxidized, and the cellulose fiber having an aldehyde group and a carboxyl group (—COOH) or a carboxylate group (—COO ⁇ ) on the surface.
  • the concentration of cellulose during the reaction is not particularly limited, but is preferably 5% by mass or less.
  • N-oxyl compound means a compound capable of generating a nitroxy radical.
  • any compound can be used as long as it promotes the desired oxidation reaction.
  • 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxy radical (TEMPO) and its derivative (eg, 4-hydroxy TEMPO) can be mentioned.
  • the amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited as long as it is a catalyst amount capable of oxidizing the cellulosic raw material.
  • the amount is preferably 0.01 to 10 mmol, more preferably 0.01 to 1 mmol, and still more preferably 0.01 to 0.5 mmol, based on 1 g of absolutely dried cellulosic material. Further, the amount is preferably about 0.1 to 4 mmol / L with respect to the reaction system.
  • Bromide is a compound containing bromine, and examples thereof include an alkali metal bromide that can be dissociated and ionized in water.
  • iodide is a compound containing iodine, and examples thereof include alkali metal iodide.
  • the amount of bromide or iodide used can be selected within a range that can promote the oxidation reaction.
  • the total amount of bromide and iodide is, for example, preferably 0.1 to 100 mmol, more preferably 0.1 to 10 mmol, and still more preferably 0.5 to 5 mmol, based on 1 g of absolutely dried cellulosic material.
  • the modification is a modification by an oxidation reaction.
  • oxidizing agent known agents can be used, and for example, halogen, hypohalous acid, halogenous acid, perhalic acid or salts thereof, halogen oxide, peroxide and the like can be used.
  • sodium hypochlorite which is inexpensive and has a low environmental load is preferable.
  • An appropriate amount of the oxidizing agent is, for example, preferably 0.5 to 500 mmol, more preferably 0.5 to 50 mmol, and still more preferably 2.5 to 25 mmol, based on 1 g of absolutely dry cellulosic material. Further, for example, 1 to 40 mol is preferable for 1 mol of the N-oxyl compound.
  • the reaction temperature is preferably 4 to 40 ° C, and may be room temperature of about 15 to 30 ° C. Since a carboxyl group is generated in cellulose as the reaction proceeds, the pH of the reaction solution decreases. In order to allow the oxidation reaction to proceed efficiently, it is preferable to add an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution to the reaction system as needed to maintain the pH of the reaction solution at about 9 to 12, preferably about 10 to 11. Water is preferred as the reaction medium because of its easy handling and little side reaction.
  • the reaction time in the oxidation reaction can be appropriately set according to the progress of the oxidation, and is usually 0.5 to 6 hours, for example, about 0.5 to 4 hours.
  • the oxidation reaction may be performed in two stages. For example, oxidized cellulose obtained by filtration after the completion of the first-stage reaction is oxidized again under the same or different reaction conditions, so that the cellulose is not hindered by the salt produced as a by-product in the first-stage reaction.
  • a carboxyl group can be efficiently introduced into a system raw material.
  • oxidation (carboxylation) method includes a method of oxidizing by ozone treatment.
  • oxidized cellulose obtained by a method of oxidizing with TEMPO is obtained by fibrillating. It is preferred to use TEMPO oxidized CNF.
  • the amount of carboxyl groups based on the absolute dry mass of the cellulose nanofibers contained in the oxidized cellulose nanofibers obtained by modifying the cellulose raw material by oxidation is preferably at least 0.6 mmol / g, more preferably at least 0.8 mmol / g. , More preferably 1.0 mmol / g or more.
  • the upper limit is preferably 2.2 mmol / g or less, more preferably 2.0 mmol / g or less, and still more preferably 1.8 mmol / g or less.
  • the range is preferably 0.6 mmol / g to 2.2 mmol / g, more preferably 0.8 mmol / g to 2.0 mmol / g, and still more preferably 1.0 mmol / g to 1.8 mmol / g.
  • the amount of carboxyl groups in oxidized cellulose can be adjusted by controlling the reaction conditions such as the amount of the oxidizing agent added and the reaction time.
  • the amount of carboxyl groups of oxidized cellulose and the amount of carboxyl groups in the case of cellulose nanofibers are usually the same.
  • the carboxyl group introduced into the cellulosic material is usually in the form of a salt, and is an alkali metal salt such as a sodium salt.
  • the alkali metal salt of oxidized cellulose may be replaced with another cation salt such as a phosphonium salt, an imidazolinium salt, an ammonium salt, a sulfonium salt, and the like. Substitution can be performed by a known method.
  • Preferred anionic groups include carboxyalkyl groups such as a carboxymethyl group.
  • the carboxyalkylated cellulose may be obtained by a known method, or a commercially available product may be used.
  • the cellulose has a degree of carboxyalkyl substitution per anhydroglucose unit of less than 0.60.
  • the degree of carboxymethyl substitution is preferably less than 0.60. If the degree of substitution is 0.60 or more, the crystallinity is reduced and the proportion of the dissolved component is increased, so that the function as a nanofiber is lost.
  • the lower limit of the degree of carboxyalkyl substitution is preferably 0.01 or more.
  • the degree of substitution is particularly preferably from 0.02 to 0.50, and more preferably from 0.10 to 0.30.
  • An example of a method for producing such a carboxyalkylated cellulose includes a method including the following steps.
  • the modification is a modification by a substitution reaction. This will be described by taking carboxymethylated cellulose as an example. i)
  • the starting material, a solvent and a mercerizing agent are mixed, and the reaction temperature is 0 to 70 ° C, preferably 10 to 70 ° C.
  • a carboxymethylating agent is added in an amount of 0.05 to 10.0 times the molar amount of glucose residues, and the reaction temperature is 30 to 90 ° C., preferably 40 to 80 ° C., and the reaction time is 30 minutes to 10 hours, preferably Performing an etherification reaction for 1 hour to 4 hours.
  • the above-mentioned cellulosic material can be used.
  • the solvent 3 to 20 times by mass of water or a lower alcohol, specifically, water, methanol, ethanol, N-propyl alcohol, isopropyl alcohol, N-butanol, isobutanol, tertiary butanol, etc. alone or 2 More than one mixed medium can be used. When lower alcohols are mixed, the mixing ratio is 60 to 95% by mass.
  • the mercerizing agent 0.5 to 20 times mol of alkali metal hydroxide, specifically, sodium hydroxide and potassium hydroxide can be used per anhydroglucose residue of the bottom starting material.
  • the degree of carboxymethyl substitution per glucose unit of cellulose is less than 0.06, and preferably 0.01 or more and less than 0.60.
  • the celluloses repel each other. For this reason, cellulose into which a carboxymethyl substituent has been introduced can be easily nanofibrillated. If the carboxymethyl substituent per glucose unit is smaller than 0.02, nanofibrillation may not be sufficient.
  • the degree of substitution in carboxymethylated cellulose and the degree of substitution in the case of cellulose nanofibers are usually the same.
  • the carboxyalkylated cellulose obtained in the above step is usually in the form of a salt, and is an alkali metal salt such as a sodium salt.
  • the alkali metal salt of carboxyalkylated cellulose may be replaced with another cationic salt such as a phosphonium salt, an imidazolinium salt, an ammonium salt, a sulfonium salt. Substitution can be performed by a known method.
  • Esterified cellulose can also be used as the anion-modified cellulose.
  • examples thereof include a method of mixing a powder or an aqueous solution of the phosphoric acid compound A with the cellulose-based material, a method of adding an aqueous solution of the phosphoric acid compound A to a slurry of the cellulose-based material, and the like.
  • the phosphoric acid compound A include phosphoric acid, polyphosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, phosphonic acid, polyphosphonic acid, and esters thereof. These may be in the form of salts.
  • compounds having a phosphate group are preferable because they are low-cost, easy to handle, and can improve the defibration efficiency by introducing a phosphate group into cellulose of the pulp fiber.
  • Compounds having a phosphate group include phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium phosphite, potassium phosphite, sodium hypophosphite, potassium hypophosphite , Sodium pyrophosphate, sodium metaphosphate, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium metaphosphate, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate , Ammonium pyrophosphate, ammonium metaphosphate and the like.
  • phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, phosphoric acid from the viewpoint of high efficiency of phosphate group introduction, easy defibration in the following defibration step, and easy industrial application.
  • sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate are preferable.
  • the phosphoric acid-based compound A is preferably used as an aqueous solution because the reaction can proceed uniformly and the efficiency of introducing a phosphate group is increased.
  • the pH of the aqueous solution of the phosphoric acid compound A is preferably 7 or less from the viewpoint of increasing the efficiency of introducing a phosphoric acid group, but is preferably from 3 to 7 from the viewpoint of suppressing the hydrolysis of pulp fibers.
  • a phosphoric acid-based compound A is added to a suspension of a cellulose-based material having a solid content of 0.1 to 10% by mass while stirring to introduce a phosphate group into cellulose.
  • the amount of the cellulosic material is 100 parts by mass
  • the amount of the phosphoric acid-based compound A to be added is preferably 0.2 to 500 parts by mass, more preferably 1 to 400 parts by mass, as the amount of phosphorus element.
  • the ratio of the phosphoric acid compound A is equal to or more than the lower limit, the yield of fine fibrous cellulose can be further improved. However, if the ratio exceeds the upper limit, the effect of improving the yield will level off, which is not preferable in terms of cost.
  • a powder or an aqueous solution of the compound B may be mixed.
  • the compound B is not particularly limited, but a nitrogen-containing compound showing basicity is preferable.
  • “basic” is defined as the aqueous solution exhibiting a pink to red color in the presence of the phenolphthalein indicator, or the pH of the aqueous solution being greater than 7.
  • the nitrogen-containing compound showing basicity used in the present invention is not particularly limited as long as the effects of the present invention are exhibited, but a compound having an amino group is preferable.
  • the addition amount of the compound B is preferably 2 to 1000 parts by mass, more preferably 100 to 700 parts by mass, based on 100 parts by mass of the solid content of the cellulosic raw material.
  • the reaction temperature is preferably from 0 to 95 ° C, more preferably from 30 to 90 ° C. Although the reaction time is not particularly limited, it is about 1-600 minutes, more preferably 30-480 minutes.
  • the conditions of the esterification reaction are within these ranges, it is possible to prevent the cellulose from being excessively esterified and from being easily dissolved, thereby improving the yield of the phosphorylated cellulose.
  • a heat treatment at 100 to 170 ° C. from the viewpoint of suppressing hydrolysis of cellulose. Further, it is preferable to heat at 130 ° C. or lower, preferably 110 ° C. or lower while water is included in the heat treatment, and to remove the water, and then heat at 100 to 170 ° C.
  • the phosphoric acid-esterified cellulose preferably has a degree of substitution of phosphate groups per glucose unit of 0.001 or more and less than 0.40.
  • a phosphate group substituent By introducing a phosphate group substituent into cellulose, the celluloses repel each other electrically. For this reason, the cellulose into which the phosphate group has been introduced can be easily nanofibrillated. If the degree of substitution of the phosphate group per glucose unit is less than 0.001, nanofibrillation cannot be sufficiently performed. On the other hand, if the degree of substitution of the phosphate group per glucose unit is more than 0.40, it may swell or dissolve, and thus may not be obtained as a nanofiber.
  • the phosphoric acid-esterified cellulose-based material obtained above is subjected to a washing treatment such as washing with cold water after boiling.
  • a washing treatment such as washing with cold water after boiling.
  • modifications by esterification are modifications by a substitution reaction.
  • the degree of substitution in phosphorylated cellulose and the degree of substitution in the case of cellulose nanofibers are usually the same.
  • the phosphate group introduced into the cellulosic material is usually in the form of a salt, and is an alkali metal salt such as a sodium salt.
  • the alkali metal salt of the phosphorylated esterified cellulose may be replaced with another cationic salt such as a phosphonium salt, an imidazolinium salt, an ammonium salt, a sulfonium salt. Substitution can be performed by a known method.
  • the apparatus for defibrating the anion-modified cellulose-based material is not particularly limited, but the cellulose anion-modified using an apparatus such as a high-speed rotation type, a colloid mill type, a high pressure type, a roll mill type, and an ultrasonic type. It is preferable to apply a strong shearing force to the raw material (usually an aqueous dispersion).
  • a wet high-pressure or ultra-high-pressure homogenizer capable of applying a pressure of 50 MPa or more to an anion-modified cellulose-based material (usually an aqueous dispersion) and applying a strong shear force is used. Is preferred.
  • the pressure is more preferably at least 100 MPa, even more preferably at least 140 MPa.
  • a pretreatment can be performed as necessary prior to the defibration / dispersion treatment with a high-pressure homogenizer as necessary.
  • the pretreatment can be performed using a known mixing, stirring, emulsifying, and dispersing device such as a high-speed shear mixer.
  • the number of processes (passes) in the defibrating device may be one, two or more, and preferably two or more.
  • the anion-modified cellulose is usually dispersed in a solvent.
  • the solvent is not particularly limited as long as it can disperse the anion-modified cellulose, and examples thereof include water, an organic solvent (for example, a hydrophilic organic solvent such as methanol), and a mixed solvent thereof.
  • the solid content concentration of the anion-modified cellulose in the dispersion is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more. This makes the liquid amount appropriate for the amount of the cellulosic raw material, which is efficient.
  • the upper limit is usually 10% by mass or less, preferably 6% by mass or less. Thereby, fluidity can be maintained.
  • a preliminary treatment may be performed if necessary.
  • the preliminary treatment may be performed using a mixing, stirring, emulsifying, or dispersing device such as a high-speed shear mixer.
  • the anion-modified cellulose nanofiber obtained through the fibrillation step when the anion-modified cellulose nanofiber obtained through the fibrillation step is a salt type, it may be used as it is, or may be subjected to an acid treatment using a mineral acid, a method using a cation exchange resin, or the like. May be used as an acid type. Further, hydrophobicity may be imparted by a method using a cationic additive.
  • resin examples include an epoxy resin, a urethane resin, a fluororesin, a silicone resin, an acrylic resin, and a vinyl-based resin, and can be appropriately selected depending on the application. These resins can be used alone or in combination of two or more.
  • the epoxy resin may be any resin having an epoxy compound as a structural unit, for example, a resin obtained by reacting glycidyl ethers with at least one of bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, and bisphenol Z as a constituent monomer. Is mentioned. Various modified resins can be used as the epoxy resin.
  • the urethane resin may be a resin containing a polyol and a polyisocyanate as constituent units.
  • the polyol includes polyester polyol, polyether polyol, polycarbonate polyol and the like.
  • the polyisocyanate include aliphatic polyisocyanates, such as hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, dicyclohexylmethane diisocyanate, hydrogenated tolylene diisocyanate, hydrogenated xylylene diisocyanate, and hydrogenated methylene diphenyl diisocyanate.
  • Various modified resins can be used as the urethane resin.
  • the fluororesin is a resin obtained by polymerizing an olefin containing a fluorine atom, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride (PVF), perfluoroalkoxy fluororesin ( PFA), ethylene tetrafluoride / hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) and the like.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVF polyvinyl fluoride
  • PFA perfluoroalkoxy fluororesin
  • FEP ethylene tetrafluoride / hexafluoropropylene copolymer
  • ETFE ethylene / tetrafluoroethylene copolymer
  • silicone resin examples include a partially hydrolyzed condensate of alkyl silicate or a modified product thereof.
  • a partial hydrolysis condensate for example, a compound represented by the general formula R 1 nSi (OR 2 ) 4-n wherein R 1 is an organic group having 1 to 8 carbon atoms, and R 2 is an organic group having 1 to 5 carbon atoms And n is 0 or 1.
  • the hydrolyzed condensate of the alkyl silicate represented by the formula [1] is preferably used.
  • examples of the organic group as R 1 include an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and a vinyl group.
  • the alkyl group may be linear or branched.
  • alkyl group examples include methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, i-butyl, s-butyl, t-butyl, pentyl, hexyl, and heptyl. And an alkyl group such as an octyl group.
  • Preferred alkyl groups have 1 to 4 carbon atoms.
  • Preferred examples of the cycloalkyl group include a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, and a cyclooctyl group.
  • aryl group examples include a phenyl group and a naphthyl group.
  • Each of the above functional groups may optionally have a substituent.
  • substituents include a halogen atom (for example, a chlorine atom, a bromine atom, a fluorine atom, etc.), a (meth) acryloyl group, an amino group, a mercapto group, a glycidoxy group, an epoxy group, an alicyclic group and the like.
  • the alkyl group as R 2 may be linear or branched.
  • alkyl group examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, an n-butyl group, an i-butyl group, an s-butyl group, a t-butyl group, a pentyl group and the like.
  • Preferred and preferred alkyl groups are those having 1-2 carbon atoms.
  • alkyl silicate examples include alkyl silicate when n is 0, such as tetramethyl silicate, tetraethyl silicate, tetra-n-propyl silicate, tetra-i-propyl silicate, tetra-n-butyl silicate; methyl Trimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, i-propyltrimethoxysilane, i-propyltriethoxysilane, ⁇ -gly Sidoxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyltriethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropyltriethoxysilane, ⁇
  • the acrylic resin may be any resin having a (meth) acrylic monomer as a constituent unit.
  • the constituent monomer is preferably an alkyl ester of (meth) acrylic acid, and the alkyl group in the ester has 1 to 1 carbon atoms. 10 is preferred, and 1 to 8 are particularly preferred.
  • Examples of such a constituent monomer include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, i-propyl (meth) acrylate, and n-butyl (meth) acrylate.
  • the vinyl-based resin may be any resin having a structural unit of a compound having a carbon-carbon unsaturated bond (excluding a (meth) acrylic compound such as a (meth) acrylic monomer). It contains at least one kind of vinyl, vinyl acetate, styrene, acrylonitrile and the like. Various modified resins can be used as the vinyl resin.
  • the resin composition of the present invention is obtained by dissolving or dispersing in a solvent a specific resin and an anion-modified cellulose nanofiber as essential components.
  • the solvent include water, a hydrophilic organic solvent, and an aqueous solvent such as a mixed solvent of water and a hydrophilic organic solvent, and a hydrophobic organic solvent. These include types of resins and applications of the resin composition. It can be appropriately selected according to the conditions.
  • hydrophilic organic solvent examples include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol mono (iso) propyl ether, ethylene glycol di (iso) propyl ether, and ethylene glycol mono (iso).
  • an organic solvent having a mass of dissolving in 100 g of water at 20 ° C. of 10 g or less, preferably 5 g or less, more preferably 1 g or less can be used.
  • organic solvents include hydrocarbon solvents such as rubber volatile oil, mineral spirit, toluene, xylene, and solvent naphtha; 1-hexanol, 1-octanol, 2-octanol, 2-ethylhexanol, 1-decanol, benzyl Alcohols such as alcohol, ethylene glycol mono 2-ethylhexyl ether, propylene glycol mono n-butyl ether, dipropylene glycol mono n-butyl ether, tripropylene glycol mono n-butyl ether, propylene glycol mono 2-ethylhexyl ether, and propylene glycol monophenyl ether Solvent: ester solvents such as n-but
  • the resin composition of the present invention may be an aqueous resin composition using an aqueous solvent or a solvent resin composition using a hydrophobic organic solvent.
  • the resin composition of the present invention may contain a hydrophobic organic solvent within a range that does not impair the effects of the present invention, and the resin composition of the present invention is a solvent-based resin composition. In such a case, an aqueous solvent may be contained as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the resin composition of the present invention includes a curing agent such as an amino resin such as a resol type phenol resin or a melamine resin or a benzoguanamine resin, a surfactant, an antifoaming agent, a wax, a pigment, an antioxidant, an antiseptic, Various auxiliaries such as a rheology control agent can also be added.
  • the mixing ratio of each component is not particularly limited, but the mixing ratio of the non-volatile component of the anion-modified CNF in the resin composition may affect the workability and smoothness after addition if the non-volatile component is large. From the viewpoint that strength and adhesion may not be obtained if the amount of non-volatile components is small, preferably from 0.01 to 20%, more preferably from 0.03 to 10%, and still more preferably. It is 0.05-3%.
  • the proportion of the nonvolatile content of the resin in the resin composition may affect the workability and smoothness after addition if the nonvolatile content is large, and strength and adhesion may be obtained if the nonvolatile content is small. From the viewpoint of the possibility of disappearance, it is preferably 1 to 80%, more preferably 5 to 60%.
  • the resin composition of the present invention can be used as a paint as it is or after being diluted with a solvent.
  • the solvent can be appropriately selected from those exemplified in the description of the resin composition.
  • the resin composition of the present invention is used to paint general metal materials, metal products, specifically metal building materials, metal automobile parts, metal home appliances, metal office supplies, or metal cans. Can be widely used in paints.
  • carboxymethylated cellulose nanofibers produced using carboxymethylated cellulose as a food additive as a raw material are non-toxic, and therefore a resin composition containing the same is useful as an inner coating for food and beverage cans. It is.
  • examples of the material of the can include aluminum, tin-plated steel sheet, chromium-treated steel sheet, nickel-treated steel sheet and the like. These materials may have been subjected to surface treatment such as zirconium treatment or phosphoric acid treatment.
  • a coating containing the resin composition of the present invention is applied to a metal, which is heated and dried to obtain a metal coated with a coating derived from the resin composition.
  • the method for applying a coating containing the resin composition of the present invention to a metal is not particularly limited, and may be a comma coater, a roll coater, a reverse roll coater, a gravure coater, a microgravure coater, a knife coater, a bar coater, a wire bar coater, Known methods such as a die coater, a dip coater, a slot die coater, a spray coating, and an immersion method are exemplified.
  • the metal coated with the paint containing the resin composition of the present invention is baked at 100 to 300 ° C. for 1 second to 30 minutes. When baking is performed in this range, a metal coated with a coating film having excellent adhesion, strength, and smoothness can be obtained.
  • the thickness of the coating film is not particularly limited, but is preferably about 0.02 to 100 ⁇ m, more preferably about 0.1 to 20 ⁇ m in terms of dry film thickness.
  • the resin composition of the present invention is excellent in adhesion when applied to metal as a paint. This is because the presence of CNF in the paint increases the area of adhesion to the metal surface.
  • the coating film derived from the resin composition of the present invention has excellent coating film strength. This is because the presence of CNF in the paint maintains the structure of the paint film, makes it difficult for scratches to occur, and suppresses deterioration of the paint film due to humidity and heat.
  • the metal coated with the resin composition of the present invention has excellent surface smoothness. This is because CNF is a nano-sized material, so that it does not have an adverse effect on the surface roughness after painting, and because CNF improves the dispersibility of pigments and the like in the paint, the smoothness of the coating film improves. It is. Therefore, when it is used as an inner paint of a carbonated beverage can, the generation of air bubbles can be suppressed.
  • carboxymethylated pulp was adjusted to a solid content of 1% with water and treated with a high-pressure homogenizer at 20 ° C. and a pressure of 150 MPa five times to be defibrated to obtain an aqueous dispersion of carboxymethylated cellulose nanofibers.
  • the obtained carboxymethylated cellulose nanofibers had an average fiber diameter of 30 nm and an aspect ratio of 40.
  • CM cellulose was wet with 15 mL of 80% methanol, 100 mL of 0.1 N NaOH was added, and the mixture was shaken at room temperature for 3 hours. Excess NaOH was back titrated with 0.1 N H 2 SO 4 using phenolphthalein as an indicator.
  • the pH in the system decreased, but the pH was adjusted to 10 by sequentially adding a 3M aqueous sodium hydroxide solution.
  • the reaction was terminated when sodium hypochlorite was consumed and the pH in the system stopped changing.
  • the mixture after the reaction was filtered through a glass filter to separate the pulp, and the pulp was sufficiently washed with water to obtain oxidized pulp (carboxylated cellulose).
  • the pulp yield was 90%, the time required for the oxidation reaction was 90 minutes, and the amount of carboxyl groups was 1.6 mmol / g.
  • oxidized cellulose nanofiber had an average fiber diameter of 3 nm and an aspect ratio of 250.
  • Example 1 Synthesis of Acrylic Polymer 510 parts of ethylene glycol monobutyl ether was charged into a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser, a dropping tank, and a nitrogen gas introduction pipe, and nitrogen gas was introduced. The temperature was raised to 110 ° C. while stirring. While maintaining the temperature in the reaction vessel at 110 ° C., a mixture of 90 parts of ethyl acrylate, 75 parts of styrene, 135 parts of methacrylic acid, 4 parts of benzoyl peroxide and 30 parts of ethylene glycol monobutyl ether was continuously fed from the dropping tank for 2 hours. It was dropped.
  • Synthesis Example 2 Synthesis of modified epoxy resin JER1009 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., epoxy equivalent 2950) 50 parts and 95 parts of the acrylic polymer solution obtained in Synthesis Example 1 were charged, and the temperature was raised to 120 ° C. with stirring while introducing nitrogen gas to dissolve the epoxy resin. Thereafter, the mixture was cooled to 100 ° C., 15 parts of a 50% aqueous dimethylaminoethanol solution was added while maintaining the temperature in the reaction vessel at 100 ° C., and the mixture was stirred for 2 hours. Thereafter, 200 parts of ion-exchanged water was added to obtain a modified epoxy resin dispersion having a nonvolatile content of 25%.
  • Example 2 In the production of the aqueous resin composition, except that the aqueous dispersion of oxidized cellulose nanofibers obtained in Production Example 2 was used instead of the aqueous dispersion of carboxymethylated cellulose nanofibers obtained in Production Example 1. An aqueous resin composition was produced in the same manner as in Example 1.
  • Example 3 To an aqueous acrylic resin (manufactured by DIC: Watersol S-727), an aqueous dispersion of 1% carboxymethylated cellulose nanofibers obtained in Production Example 1 and ion-exchanged water were added, and an aqueous solution having a nonvolatile content of 23.2% was added. A resin composition was obtained. The nonvolatile content of CNF contained in the aqueous resin composition was 0.2%.
  • Example 4 In the production of the aqueous resin composition, an acrylic modified epoxy resin (Arakawa Chemical Industries: Modelpix 302) was used instead of the aqueous acrylic resin (manufactured by DIC: Watersol S-727) used in Example 3. An aqueous resin composition was produced in the same manner as in Example 3.
  • Example 1 In the production of the aqueous resin composition, an aqueous resin composition was produced in the same manner as in Example 1 except that the aqueous dispersion of cellulose nanofiber was not used. In addition, the nonvolatile content of the obtained aqueous resin composition was 23%.
  • test panels were prepared as described below, and the pencil hardness, metal adhesion, and smoothness were evaluated according to the following criteria.
  • Test panel production conditions Each aqueous resin composition was applied on an aluminum plate having a thickness of 0.26 mm so that the thickness of the coating when dried was 5 to 6 ⁇ m, and baked and dried at 200 ° C. for 2 minutes to produce a test panel. Table 1 shows the results.

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Abstract

エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ビニル系樹脂から選ばれる少なくとも一つの樹脂と、アニオン変性セルロースナノファイバーとを含む。

Description

樹脂組成物、水性樹脂組成物、塗料、および金属
 本発明は、セルロースナノファイバーを含有する樹脂組成物および水性樹脂組成物、並びに、この樹脂組成物を含む塗料、およびこの塗料が塗布されてなる塗膜を備える金属に関する。
 一般に、金属には、腐食防止のために樹脂を含む塗料による塗装が施されており、塗装により形成される塗膜には、金属の用途によって種々の特性が要求されている。例えば、金属を食料や飲料用の缶に用いる場合は、缶の内面に形成される塗膜には、内容物のフレーバーを損なわず、無毒性であり、接着性および加工性に優れること等が要求されている。
 従来、金属塗装用の塗料としては、樹脂を溶剤に溶解させた溶剤系塗料が多く用いられていたが、環境保全等の観点から水性の塗料についても種々提案されている(例えば、特許文献1等)。
特開平5-194908号公報
 これら金属塗装用の塗料としては、これまで以上に密着性、強度、および平滑性に優れた塗膜が得られるものが求められている。
 そこで、本発明は、密着性、強度、および平滑性に優れた塗膜を得ることができる樹脂組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、この樹脂組成物を含む塗料、およびこの塗料が塗布されてなる塗膜を備える金属を提供することを目的とする。
 本発明者らは、かかる目的を達成するため鋭意検討した結果、アニオン変性セルロースナノファイバー(CNF)を樹脂組成物に配合することが極めて有効であることを見出し、本発明を完成した。
 本発明は以下を提供する。
(1)エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ビニル系樹脂から選ばれる少なくとも一つの樹脂と、アニオン変性セルロースナノファイバーとを含む樹脂組成物。
(2)前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー、またはTEMPO酸化セルロースナノファイバーである(1)記載の樹脂組成物。
(3)水性樹脂組成物である(1)または(2)記載の樹脂組成物。
(4)(1)~(3)の何れかに記載された樹脂組成物を含む塗料。
(5)(4)に記載された塗料が塗布されてなる塗膜を備える金属。
 本発明によれば、密着性、強度、および平滑性に優れた塗膜を得ることができる樹脂組成物を提供することができる。また、本発明によれば、この樹脂組成物を含む塗料、およびこの塗料が塗布されてなる塗膜を備える金属を提供することができる。
 以下、本発明を詳細に説明する。本発明において「~」は端値を含む。すなわち「X~Y」はその両端の値XおよびYを含む。
 本発明の樹脂組成物は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ビニル系樹脂から選ばれる少なくとも一つの樹脂と、アニオン変性セルロースナノファイバーとを含む。
(アニオン変性セルロースナノファイバー)
 本発明に用いるアニオン変性セルロースナノファイバーは、セルロース系原料をアニオン変性することにより得られるアニオン変性セルロース系原料を、解繊処理することにより得られる微細繊維である。
(平均繊維径、平均繊維長)
 本発明に用いるアニオン変性セルロースナノファイバーの平均繊維径は、1~200nmであることが好ましく、2~100nm程度であることがより好ましい。本発明に用いるアニオン変性セルロースナノファイバーの平均繊維長は、40~3,000nmであることが好ましく、100~1,500nm程度であることがより好ましい。セルロースナノファイバーの平均繊維径および平均繊維長は、走査型電子顕微鏡(SEM)、原子間力顕微鏡(AFM)または透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、各繊維を観察した結果から得られる繊維径および繊維長を平均することによって得ることができる。
(平均アスペクト比)
 本発明に用いるアニオン変性セルロースナノファイバーの平均アスペクト比は、通常は10以上である。上限は特に限定されないが、通常は1000以下である。平均アスペクト比は、下記の式により算出することができる:
 アスペクト比=平均繊維長/平均繊維径
(セルロース系原料)
 セルロース系原料としては、植物(例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、農地残廃物、布、パルプ(針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹未漂白クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、針葉樹未漂白サルファイトパルプ(NUSP)、針葉樹漂白サルファイトパルプ(NBSP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、再生パルプ、古紙等)、動物(例えばホヤ類)、藻類、微生物(例えば酢酸菌(アセトバクター))、微生物産生物等を起源とするものが知られており、本発明ではそのいずれも使用できる。植物または微生物由来のセルロース繊維が好ましく、植物由来のセルロース繊維がより好ましい。
(アニオン変性)
 アニオン変性とはセルロースにアニオン基を導入することであり、具体的に酸化または置換反応によってピラノース環にアニオン性基を導入することである。本発明において前記酸化反応とはピラノース環の水酸基を直接カルボキシル基に酸化する反応をいう。また、本発明において置換反応とは、当該酸化以外の置換反応によってピラノース環にアニオン性基を導入する反応である。
(酸化)
 アニオン変性セルロースとして酸化(カルボキシル化)したセルロースを用いることができる。酸化セルロース(「カルボキシル化セルロース」とも呼ぶ)は、上記のセルロース系原料を公知の方法で酸化(カルボキシル化)することにより得ることができる。特に限定されないが、カルボキシル基の量はアニオン変性セルロースナノファイバーの絶乾質量に対して、0.6~3.0mmol/gが好ましく、1.0~2.0mmol/gがさらに好ましい。酸化(カルボキシル化)方法の一例として、セルロース系原料を、N-オキシル化合物と、臭化物、ヨウ化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される化合物との存在下で酸化剤を用いて水中で酸化する方法を挙げることができる。この酸化反応により、セルロース表面のグルコピラノース環のC6位の一級水酸基が選択的に酸化され、表面にアルデヒド基と、カルボキシル基(-COOH)またはカルボキシレート基(-COO)とを有するセルロース繊維を得ることができる。反応時のセルロースの濃度は特に限定されないが、5質量%以下が好ましい。
 N-オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。N-オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であればいずれの化合物も使用できる。例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシラジカル(TEMPO)およびその誘導体(例えば4-ヒドロキシTEMPO)が挙げられる。N-オキシル化合物の使用量は、セルロース系原料を酸化できる触媒量であればよく、特に制限されない。例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.01~10mmolが好ましく、0.01~1mmolがより好ましく、0.01~0.5mmolがさらに好ましい。また、反応系に対し0.1~4mmol/L程度がよい。
 臭化物とは臭素を含む化合物であり、その例には、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が含まれる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、その例には、ヨウ化アルカリ金属が含まれる。臭化物またはヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択できる。臭化物およびヨウ化物の合計量は、例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.1~100mmolが好ましく、0.1~10mmolがより好ましく、0.5~5mmolがさらに好ましい。当該変性は酸化反応による変性である。
 酸化剤としては、公知のものを使用でき、例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などを使用できる。中でも、安価で環境負荷の少ない次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。酸化剤の適切な使用量は、例えば、絶乾1gのセルロース系原料に対して、0.5~500mmolが好ましく、0.5~50mmolがより好ましく、2.5~25mmolがさらに好ましい。また、例えば、N-オキシル化合物1molに対して1~40molが好ましい。
 セルロース系原料の酸化工程は、比較的温和な条件であっても反応を効率よく進行させられる。よって、反応温度は4~40℃が好ましく、また15~30℃程度の室温であってもよい。反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のpHが低下する。酸化反応を効率よく進行させるために、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を随時反応系中に添加して、反応液のpHを9~12、好ましくは10~11程度に維持することが好ましい。反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等から、水が好ましい。酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は0.5~6時間、例えば、0.5~4時間程度である。
 また、酸化反応は、2段階に分けて実施してもよい。例えば、1段目の反応終了後にろ別して得られた酸化セルロースを、再度、同一または異なる反応条件で酸化させることにより、1段目の反応で副生する塩による反応阻害を受けることなく、セルロース系原料に効率よくカルボキシル基を導入することができる。
 酸化(カルボキシル化)方法の別の例として、オゾン処理により酸化する方法が挙げられるが、本発明においては、TEMPOにより酸化(TEMPO酸化)する方法により得られた酸化セルロースを解繊して得られたTEMPO酸化CNFを使用することが好ましい。
 酸化によりセルロース原料を変性して得られる酸化セルロースナノファイバーに含まれる、セルロースナノファイバーの絶乾質量に対するカルボキシル基の量は、好ましくは0.6mmol/g以上、より好ましくは0.8mmol/g以上、更に好ましくは1.0mmol/g以上である。上限は、好ましくは2.2mmol/g以下、より好ましくは2.0mmol/g以下、更に好ましくは1.8mmol/g以下である。従って、0.6mmol/g~2.2mmol/gが好ましく、0.8mmol/g~2.0mmol/gがより好ましく、1.0mmol/g~1.8mmol/gが更に好ましい。
 酸化セルロースのカルボキシル基の量は、上記した酸化剤の添加量、反応時間等の反応条件をコントロールすることで調整することができる。酸化セルロースのカルボキシル基量とセルロースナノファイバーとしたときのカルボキシル基量は通常、同じである。
 本発明では、上記の工程で得られる酸化セルロースにおいて、セルロース系原料に導入したカルボキシル基は、通常、塩型であり、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩である。解繊工程の前に、酸化セルロースのアルカリ金属塩を、ホスホニウム塩、イミダゾリニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の他のカチオン塩に置換してもよい。置換は、公知の方法で行うことができる。
(カルボキシメチル化)
 好ましいアニオン基としては、カルボキシメチル基等のカルボキシアルキル基が挙げられる。カルボキシアルキル化セルロースは公知の方法で得てもよく、また市販品を用いてもよい。セルロースの無水グルコース単位当たりのカルボキシアルキル置換度は0.60未満であることが好ましい。さらにアニオン基がカルボキシメチル基である場合、カルボキシメチル置換度は0.60未満であることが好ましい。当該置換度が0.60以上であると結晶性が低下し、溶解成分の割合が増加するため、ナノファイバーとしての機能が失われる。またカルボキシアルキル置換度の下限値は0.01以上が好ましい。操業性を考慮すると当該置換度は0.02~0.50であることが特に好ましく、0.10~0.30であることが更に好ましい。このようなカルボキシアルキル化セルロースを製造する方法の一例として、以下の工程を含む方法が挙げられる。当該変性は置換反応による変性である。カルボキシメチル化セルロースを例にして説明する。
 i)発底原料と溶媒、マーセル化剤を混合し、反応温度0~70℃、好ましくは10~
60℃、かつ反応時間15分~8時間、好ましくは30分~7時間、マーセル化処理する
工程、
 ii)次いで、カルボキシメチル化剤をグルコース残基当たり0.05~10.0倍モル添加し、反応温度30~90℃、好ましくは40~80℃、かつ反応時間30分~10時間、好ましくは1時間~4時間、エーテル化反応を行う工程。
 発底原料としては前述のセルロース系原料を使用できる。溶媒としては、3~20質量倍の水または低級アルコール、具体的には水、メタノール、エタノール、N-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、N-ブタノール、イソブタノール、第3級ブタノール等の単独、または2種以上の混合媒体を使用できる。低級アルコールを混合する場合、その混合割合は60~95質量%である。マーセル化剤としては、発底原料の無水グルコース残基当たり0.5~20倍モルの水酸化アルカリ金属、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムを使用できる。
 前述のとおり、セルロースのグルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度は0.06未満であり、0.01以上0.60未満であることが好ましい。セルロースにカルボキシメチル置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、カルボキシメチル置換基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。なお、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換基が0.02より小さいと、ナノ解繊が十分でない場合がある。カルボキシルメチル化セルロースにおける置換度とセルロースナノファイバーとしたときの置換度は通常、同じである。
 本発明では、上記の工程で得られるカルボキシアルキル化セルロースにおいて、セルロース系原料に導入したカルボキシアルキル基は、通常、塩型であり、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩である。解繊工程の前に、カルボキシアルキル化セルロースのアルカリ金属塩を、ホスホニウム塩、イミダゾリニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の他のカチオン塩に置換してもよい。置換は、公知の方法で行うことができる。
(エステル化)
 アニオン変性セルロースとしてエステル化したセルロースを用いることもできる。セルロース系原料にリン酸系化合物Aの粉末や水溶液を混合する方法、セルロース系原料のスラリーにリン酸系化合物Aの水溶液を添加する方法等が挙げられる。リン酸系化合物Aはリン酸、ポリリン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ホスホン酸、ポリホスホン酸あるいはこれらのエステルが挙げられる。これらは塩の形態であってもよい。上記の中でも、低コストであり、扱いやすく、またパルプ繊維のセルロースにリン酸基を導入して、解繊効率の向上が図れるなどの理由からリン酸基を有する化合物が好ましい。リン酸基を有する化合物としては、リン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、亜リン酸ナトリウム、亜リン酸カリウム、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、ピロリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、メタリン酸アンモニウム等が挙げられる。これらは1種、あるいは2種以上を併用してリン酸基を導入することができる。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、下記解繊工程で解繊しやすく、かつ工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましい。特にリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムが好ましい。また、反応を均一に進行できかつリン酸基導入の効率が高くなることから前記リン酸系化合物Aは水溶液として用いることが望ましい。リン酸系化合物Aの水溶液のpHは、リン酸基導入の効率が高くなることから7以下であることが好ましいが、パルプ繊維の加水分解を抑える観点からpH3~7が好ましい。
 リン酸エステル化セルロースの製造方法の例として、以下の方法を挙げることができる。固形分濃度0.1~10質量%のセルロース系原料の懸濁液に、リン酸系化合物Aを撹拌しながら添加してセルロースにリン酸基を導入する。セルロース系原料を100質量部とした際に、リン酸系化合物Aの添加量はリン元素量として、0.2~500質量部であることが好ましく、1~400質量部であることがより好ましい。リン酸系化合物Aの割合が前記下限値以上であれば、微細繊維状セルロースの収率をより向上させることができる。しかし、前記上限値を超えると収率向上の効果は頭打ちとなるので、コスト面から好ましくない。
 リン酸系化合物Aの他に化合物Bの粉末や水溶液を混合してもよい。化合物Bは特に限定されないが、塩基性を示す窒素含有化合物が好ましい。ここでの「塩基性」は、フェノールフタレイン指示薬の存在下で水溶液が桃~赤色を呈すること、または水溶液のpHが7より大きいことと定義される。本発明で用いる塩基性を示す窒素含有化合物は、本発明の効果を奏する限り特に限定されないが、アミノ基を有する化合物が好ましい。例えば、尿素、メチルアミン、エチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ピリジン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。中でも低コストで扱いやすい尿素が好ましい。化合物Bの添加量はセルロース系原料の固形分100質量部に対して、2~1000質量部が好ましく、100~700質量部がより好ましい。反応温度は0~95℃が好ましく、30~90℃がより好ましい。反応時間は特に限定されないが、1~600分程度であり、30~480分がより好ましい。エステル化反応の条件がこれらの範囲内であると、セルロースが過度にエステル化されて溶解しやすくなることを防ぐことができ、リン酸エステル化セルロースの収率が良好となる。得られたリン酸エステル化セルロース懸濁液を脱水した後、セルロースの加水分解を抑える観点から、100~170℃で加熱処理することが好ましい。さらに、加熱処理の際に水が含まれている間は130℃以下、好ましくは110℃以下で加熱し、水を除いた後、100~170℃で加熱処理することが好ましい。
 リン酸エステル化されたセルロースのグルコース単位当たりのリン酸基置換度は0.001以上0.40未満であることが好ましい。セルロースにリン酸基置換基を導入することで、セルロース同士が電気的に反発する。このため、リン酸基を導入したセルロースは容易にナノ解繊することができる。グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.001より小さいと、十分にナノ解繊することができない。一方、グルコース単位当たりのリン酸基置換度が0.40より大きいと、膨潤あるいは溶解するため、ナノファイバーとして得られなくなる場合がある。解繊を効率よく行なうために、上記で得たリン酸エステル化されたセルロース系原料は煮沸した後、冷水で洗浄する等の洗浄処理がなされることが好ましい。これらのエステル化による変性は置換反応による変性である。リン酸エステル化セルロースにおける置換度とセルロースナノファイバーとしたときの置換度は通常、同じである。
 本発明では、上記の工程で得られるリン酸エステル化セルロースにおいて、セルロース系原料に導入したリン酸基は、通常、塩型であり、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩である。解繊工程の前に、リン酸エステル化セルロースのアルカリ金属塩を、ホスホニウム塩、イミダゾリニウム塩、アンモニウム塩、スルホニウム塩等の他のカチオン塩に置換してもよい。置換は、公知の方法で行うことができる。
(解繊)
 本発明において、アニオン変性されたセルロース系原料を解繊する装置は特に限定されないが、高速回転式、コロイドミル式、高圧式、ロールミル式、超音波式などの装置を用いてアニオン変性されたセルロース系原料(通常は水分散体)に強力なせん断力を印加することが好ましい。特に、効率よく解繊するには、アニオン変性されたセルロース系原料(通常は水分散体)に50MPa以上の圧力を印加し、かつ強力なせん断力を印加できる湿式の高圧または超高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。前記圧力は、より好ましくは100MPa以上であり、さらに好ましくは140MPa以上である。また、高圧ホモジナイザーでの解繊・分散処理に先立って、必要に応じて、予備処理を施すことも可能である。予備処理は、高速せん断ミキサーなどの公知の混合、撹拌、乳化、分散装置を用いて行うことができる。解繊装置での処理(パス)回数は、1回でもよいし2回以上でもよく、2回以上が好ましい。
 分散処理においては通常、溶媒にアニオン変性セルロースを分散する。溶媒は、アニオン変性セルロースを分散できるものであれば特に限定されないが、例えば、水、有機溶媒(例えば、メタノール等の親水性の有機溶媒)、それらの混合溶媒が挙げられる。
 分散体中のアニオン変性セルロースの固形分濃度は、通常は0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上である。これにより、セルロース系原料の量に対する液量が適量となり効率的である。上限は、通常10質量%以下、好ましくは6質量%以下である。これにより流動性を保持することができる。
 解繊処理又は分散処理に先立ち、必要に応じて予備処理を行ってもよい。予備処理は、高速せん断ミキサーなどの混合、撹拌、乳化、分散装置を用いて行えばよい。
 本発明においては、解繊工程を経て得られたアニオン変性セルロースナノファイバーが塩型の場合は、そのまま用いても良いし、鉱酸を用いた酸処理や、陽イオン交換樹脂を用いた方法等により酸型として用いても良い。また、カチオン性添加剤を用いた方法により疎水性を付与して用いても良い。
(樹脂)
 本発明に用いられる樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ビニル系樹脂が挙げられ、用途に応じて適宜選択することができる。これらの樹脂は、単独又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。
(エポキシ樹脂)
 上記エポキシ樹脂は、エポキシ化合物を構成単位とする樹脂であればよく、例えば、構成モノマーとして、ビスフェノールAやビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールZ等の少なくとも1種とグリシジルエーテル類を反応させたもの等が挙げられる。また、エポキシ樹脂は各種変性樹脂を用いることができる。
(ウレタン樹脂)
 上記ウレタン樹脂は、ポリオール及びポリイソシアネートを構成単位とする樹脂であればよい。例えば、ポリオールは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール等が挙げられる。ポリイソシアネートは脂肪族ポリイソシアネートが挙げられ、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、水添トリレンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、水添メチレンジフェニルジイソシアネート等が挙げられる。また、ウレタン樹脂は各種変性樹脂を用いることができる。
(フッ素樹脂)
 上記フッ素樹脂は、フッ素原子を含むオレフィンを重合して得られる樹脂であって、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、エチレン・四フッ化エチレン共重合体(ETFE)等が挙げられる。
(シリコーン樹脂)
 上記シリコーン樹脂としては、アルキルシリケートの部分加水分解縮合物あるいはその変性物が挙げられる。
 このような部分加水分解縮合物として、例えば、一般式RnSi(OR)4-n〔式中、Rは炭素数1~8の有機基であり、Rは炭素数1~5のアルキル基であり、nは0又は1である。〕で示されるアルキルシリケートの加水分解縮合物が好適に挙げられる。上記式において、Rとしての有機基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ビニル基等が挙げられる。ここで、アルキル基としては、直鎖でも分岐したものでもよい。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等のアルキル基が挙げられる。好ましいアルキル基は炭素数が1~4個のものである。シクロアルキル基としては、例えば、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等が好適に挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。上記各官能基は任意に置換基を有してもよい。このような置換基としては、例えば、ハロゲン原子(例えば、塩素原子、臭素原子、フッ素原子等)、(メタ)アクリロイル基、アミノ基、メルカプト基、グリシドキシ基、エポキシ基、脂環式基等が挙げられる。Rとしてのアルキル基としては直鎖でも分岐したものでもよい。このようなアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基等が挙げられ、好ましいアルキル基は炭素数が1~2個のものである。
 このようなアルキルシリケートの具体例としては、テトラメチルシリケート、テトラエチルシリケート、テトラ-n-プロピルシリケート、テトラ-i-プロピルシリケート、テトラ-n-ブチルシリケートなどのnが0の場合のアルキルシリケート;メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、i-プロピルトリメトキシシラン、i-プロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、3,4-エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン、3,4-エポキシシクロヘキシルエチルトリエトキシシランなどの、nが1の場合のアルキルシリケート等が挙げられる。これらは単独又は2種以上組み合わせて用いてもよい。またシリコーン樹脂は各種変性樹脂を用いることができる。
(アクリル樹脂)
 アクリル樹脂は、(メタ)アクリルモノマーを構成単位とする樹脂であればよく、例えば、構成モノマーとして、(メタ)アクリル酸のアルキルエステルであるのが好ましく、このエステルにおけるアルキル基は炭素数1~10が好ましく、1~8が特に好ましい。このような構成モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸i-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸i-ブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル等の少なくとも1種を含有している。また、アクリル樹脂は各種変性樹脂を用いることができる。
(ビニル系樹脂)
 ビニル系樹脂は、炭素-炭素不飽和結合を有する化合物((メタ)アクリルモノマー等の(メタ)アクリル系化合物を除く。)を構成単位とする樹脂であればよく、例えば、構成モノマーとして、塩化ビニル、酢酸ビニル、スチレン、アクリロニトリル等の少なくとも1種を含有している。また、ビニル系樹脂は各種変性樹脂を用いることができる。
(樹脂組成物)
 本発明の樹脂組成物は、特定の樹脂およびアニオン変性セルロースナノファイバーを必須成分として、溶媒に溶解または分散させたものである。
 溶媒としては、水、親水性有機溶媒、および水と親水性有機溶媒との混合溶媒等の水系溶媒、並びに、疎水性有機溶媒等が挙げられ、これらは、樹脂の種類、樹脂組成物の用途等に応じて、適宜選択することができる。
 親水性有機溶媒としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールモノ(イソ)プロピルエーテル、エチレングリコールジ(イソ)プロピルエーテル、エチレングリコールモノ(イソ)ブチルエーテル、エチレングリコールジ(イソ)ブチルエーテル、エチレングリコールモノ-tert-ブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、1,3-ブチレングリコール-3-モノメチルエーテル、3-メトキシブタノール、3-メチル-3-メトキシブタノール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ(イソ)プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ(イソ)プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ(イソ)ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ(イソ)ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールジヘキシルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ(イソ)プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ(イソ)ブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジ(イソ)プロピルエーテル、プロピレングリコールジ(イソ)ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ(イソ)プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ(イソ)ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジ(イソ)プロピルエーテル、ジプロピレングリコールジ(イソ)ブチルエーテル等の各種エーテルアルコール類ないしはエーテル類;メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、フルフリルアルコール等のアルコール類;メチルエチルケトン、ジメチルケトン、ジアセトンアルコール等のケトン類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール等のグリコール類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、1-メトキシ-2-プロピルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のアルコキシエステル類等が挙げられ。これらは、単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
 疎水性有機溶媒としては、20℃において、100gの水に溶解する質量が10g以下、好ましくは5g以下、より好ましくは1g以下の有機溶媒を使用することができる。かかる有機溶媒としては、例えば、ゴム揮発油、ミネラルスピリット、トルエン、キシレン、ソルベントナフサ等の炭化水素系溶媒;1-ヘキサノール、1-オクタノール、2-オクタノール、 2-エチルヘキサノール、1-デカノール、ベンジルアルコール、エチレングリコールモノ2-エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノn-ブチルエーテル、 ジプロピレングリコールモノn-ブチルエーテル、 トリプロピレングリコールモノn-ブチルエーテル、 プロピレングリコールモノ2-エチルヘキシルエーテル、 プロピレングリコールモノフェニルエーテル等のアルコール系溶媒;酢酸n-ブチル、酢酸イソブチル、酢酸イソアミル、酢酸メチルアミル、酢酸エチレングリコールモノブチルエーテル等のエステル系溶媒;メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、エチルn-アミルケトン、ジイソブチルケトン等のケトン系溶媒を挙げることができる。これらは、単独でもしくは2種以上組み合わせて使用することができる。
 なお、本発明の樹脂組成物は、水系溶媒を用いた水性樹脂組成物であってもよく、疎水性有機溶媒を用いた溶剤系樹脂組成物であってもよい。本発明の樹脂組成物が水性樹脂組成物である場合には、本発明の効果を損なわない範囲内で疎水性有機溶媒を含んでいてもよく、本発明の樹脂組成物が溶剤系樹脂組成物である場合には、本発明の効果を損なわない範囲内で水系溶媒を含んでいても良い。
 本発明の樹脂組成物は、必要に応じてレゾール型フェノール樹脂またはメラミン樹脂もしくはベンゾグアナミン樹脂等のアミノ樹脂などの硬化剤、界面活性剤、消泡剤、ワックス、顔料、酸化防止剤、防腐剤、レオロジーコントロール剤等の各種助剤を添加することもできる。
 本発明の樹脂組成物において、各成分の配合割合は特に制限されないが、樹脂組成物中におけるアニオン変性CNFの不揮発分の配合割合は、不揮発分が多いと添加後の作業性や平滑性に影響を及ぼす可能性があり、不揮発分が少ないと強度や密着性が得られなくなる可能性があるという観点から、好ましくは0.01~20%、より好ましくは0.03~10%、さらに好ましくは0.05~3%である。
 また、樹脂組成物中における樹脂の不揮発分の配合割合は、不揮発分が多いと添加後の作業性や平滑性に影響を及ぼす可能性があり、不揮発分が少ないと強度や密着性が得られなくなる可能性があるという観点から、好ましくは1~80%、より好ましくは5~60%である。
 また、本発明の樹脂組成物は、そのまま、もしくは溶媒で希釈して塗料として用いることができる。溶媒は、上記樹脂組成物の説明で例示したものから適宜選択することができる。
 本発明の樹脂組成物は、一般の金属素材、金属製品、詳しくは金属製の建築材料、金属製の自動車部品、金属製の家電製品、金属製の事務用品、または金属製の缶を塗装する塗料に広く用いることができる。特に、食品添加剤であるカルボキシメチル化セルロースを原料として製造されたカルボキシメチル化セルロースナノファイバーは無毒性であるため、これを含有する樹脂組成物は、食料や飲料用の缶の内面塗料に有用である。
 缶用の塗料として用いる場合において、缶の素材としては、アルミニウム、錫メッキ鋼板、クロム処理鋼板、ニッケル処理鋼板等が挙げられる。これらの素材はジルコニウム処理や燐酸処理等の表面処理を施されたものであっても良い。
(塗膜を備える金属)
 本発明の樹脂組成物を含む塗料を金属に塗布し、これを加熱、乾燥して、樹脂組成物由来の塗膜で被覆された金属を得ることができる。
 本発明の樹脂組成物を含む塗料を金属に塗布する方法としては、特に制限はなく、コンマコーター、ロールコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター、マイクログラビアコーター、ナイフコーター、バーコーター、ワイヤーバーコーター、ダイコーター、ディップコーター、スロットダイ・コーター、スプレーコーティング、浸漬法などの公知の方法などが挙げられる。
 本発明の樹脂組成物を含む塗料を塗布した金属は、100~300℃、1秒~30分間の範囲で焼き付けることが好ましい。この範囲で焼き付けると、密着性、強度、および平滑性に優れた塗膜で被覆された金属を得ることができる。
 塗膜の厚みは特に限定されるものではないが、乾燥膜厚で好ましくは0.02~100μm、より好ましくは0.1~20μm程度である。
 本発明の樹脂組成物は、塗料として金属に塗布した場合における密着性に優れる。これは、塗料中にCNFが存在することで、金属表面への接着面積が増加するためである。
 また、本発明の樹脂組成物由来の塗膜は、塗膜強度に優れる。これは、塗料中にCNFが存在することで、塗膜の構造が維持され、傷が生じにくく、湿度や熱による塗膜の劣化が抑制されるためである。
 また、本発明の樹脂組成物により塗装された金属は、表面の平滑性に優れる。これは、CNFはナノサイズの材料であるため、塗装後の表面粗さに対する悪影響を及ぼさないこと、およびCNFが塗料中の顔料等の分散性を向上させるため塗膜の平滑性が向上するためである。したがって、炭酸飲料の缶の内面塗料として用いられた場合には、気泡の発生を抑制することができる。
 以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各実施例における各数値の測定/算出方法が特に記載されていない場合には、明細書中に記載されている方法により測定/算出されたものである。
(製造例1)
 パルプを混ぜることができる撹拌機に、晒クラフトパルプ(BKP、日本製紙株式会社製)を乾燥質量で200g、水酸化ナトリウムを乾燥質量で111g加え、パルプ固形分が20質量%になるように水を加えた。その後、30℃で30分撹拌した後にモノクロロ酢酸ナトリウムを216g(有効成分換算)添加した。30分撹拌した後に、70℃まで昇温し1時間撹拌した。その後、反応物を取り出して中和した後、洗浄して、グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度0.25のカルボキシルメチル化したパルプを得た。その後、カルボキシメチル化したパルプを水で固形分1%とし、高圧ホモジナイザーにより20℃、150MPaの圧力で5回処理することにより解繊し、カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの水分散液を得た。得られたカルボキシメチル化セルロースナノファイバーは、平均繊維径が30nm、アスペクト比が40であった。
(グルコース単位当たりのカルボキシメチル置換度の測定方法)
 カルボキシメチル化セルロース繊維(絶乾)約2.0gを精秤して、300mL容共栓付き三角フラスコに入れた。メタノール90mLに特級濃硝酸10mLを加えて調製した液100mLを加え、3時間振とうして、カルボキシメチル化セルロース塩(CM化セルロース)を水素型CM化セルロースにした。水素型CM化セルロース(絶乾)を1.5~2.0g精秤し、300mL容共栓付き三角フラスコに入れた。80%メタノール15mLで水素型CM化セルロースを湿潤し、0.1NのNaOHを100mL加え、室温で3時間振とうした。指示薬として、フェノールフタレインを用いて、0.1NのHSOで過剰のNaOHを逆滴定した。カルボキシメチル置換度(DS)を、次式によって算出した:
A=[(100×F’-(0.1NのHSO)(mL)×F)×0.1]/(水素型CM化セルロースの絶乾質量(g))
DS=0.162×A/(1-0.058×A)
A:水素型CM化セルロースの1gの中和に要する1NのNaOH量(mL)
F:0.1NのHSOのファクター
F’:0.1NのNaOHのファクター
(製造例2)
 針葉樹由来の漂白済み未叩解クラフトパルプ(白色度85%)5.00g(絶乾)をTEMPO(Sigma Aldrich社)39mg(絶乾1gのセルロースに対し0.05mmol)と臭化ナトリウム514mg(絶乾1gのセルロースに対し1.0mmol)を溶解した水溶液500mLに加え、パルプが均一に分散するまで撹拌した。反応系に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、次亜塩素酸ナトリウムが6.0mmol/gになるように添加し、酸化反応を開始した。反応中は系内のpHが低下するが、3M水酸化ナトリウム水溶液を逐次添加し、pH10に調整した。次亜塩素酸ナトリウムを消費し、系内のpHが変化しなくなった時点で反応を終了した。反応後の混合物をガラスフィルターで濾過してパルプ分離し、パルプを十分に水で洗浄することで酸化されたパルプ(カルボキシル化セルロース)を得た。この時のパルプ収率は90%であり、酸化反応に要した時間は90分、カルボキシル基量は1.6mmol/gであった。これを水で1.0%(w/v)に調整し、超高圧ホモジナイザー(20℃、150MPa)で3回処理して、酸化セルロースナノファイバー水分散液を得た。得られた酸化セルロースナノファイバーは、平均繊維径が3nm、アスペクト比は250であった。
(カルボキシル基量の測定方法)
 カルボキシル化セルロースの0.5質量%スラリー(水分散液)60mLを調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム量(a)から、下式を用いて算出した:
カルボキシル基量〔mmol/gカルボキシル化セルロース〕=a〔mL〕×0.05/カルボキシル化セルロース質量〔g〕
(実施例1)
(合成例1)アクリル系重合体の合成
 撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下槽及び窒素ガス導入管を備えた反応容器に、エチレングリコールモノブチルエーテル510部を仕込み、窒素ガスを導入しつつ、撹拌しながら110℃まで昇温した。反応容器内の温度を110℃に保ちながら、アクリル酸エチル90部、スチレン75部、メタクリル酸135部、過酸化ベンゾイル4部及びエチレングリコールモノブチルエーテル30部からなる混合物を滴下槽から2時間にわたって連続滴下した。
 滴下終了から30分後から30分毎に計3回、過酸化ベンゾイル0.4部及びエチレングリコールモノブチルエーテル4部をそれぞれ添加し、滴下終了から2時間にわたって反応を続け、不揮発分35%、重量平均分子量33000のアクリル系重合体を得た。なお、重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて測定し、ポリスチレン換算での数平均分子量を算出した。
(合成例2)変性エポキシ樹脂の合成
 撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下槽及び窒素ガス導入管を備えた反応容器に、エポキシ樹脂としてJER1009(ジャパンエポキシレジン(株)社製、エポキシ当量2950)50部及び合成例1で得られたアクリル系重合体溶液95部を仕込み、窒素ガスを導入しつつ、撹拌しながら120℃まで昇温し、エポキシ樹脂を溶解させた。その後、100℃まで冷却し、反応容器内の温度を100℃に保ちながら50%ジメチルアミノエタノール水溶液15部を添加し、2時間にわたって撹拌した。その後、イオン交換水200部を添加し、不揮発分25%の変性エポキシ樹脂分散体を得た。
(水性樹脂組成物の製造)
 撹拌機、温度計、還流冷却管、滴下槽及び窒素ガス導入管を備えた反応容器に、合成例2で得られた変性エポキシ樹脂分散体140部、イオン交換水107部を仕込み、窒素ガスを導入しつつ、撹拌しながら70℃まで昇温した。次に、滴下槽1にスチレン55.5部、アクリル酸エチル22.1部、N-ブトキシメチルアクリルアミド4.1部を仕込み、滴下槽2に1%過酸化水素水2.0部を、滴下槽3に1%エリソルビン酸ナトリウム水溶液2.6部をそれぞれ仕込み、夫々同時に2時間かけて反応容器内の温度を70℃に保ちながら、撹拌下に滴下した。滴下終了から1時間後に、1%過酸化水素水0.8部及び1%エリソルビン酸ナトリウム水溶液1.0部をそれぞれ添加し、滴下終了から1時間にわたって撹拌し、ポリマーエマルジョンを得た。 その後、製造例1で得られた1%カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの水分散液を90部、n-ブタノール19.3部、エチレングリコールモノブチルエーテル23.6部を添加し、5μmのフィルターで濾過して内容物を取り出し、不揮発分が23.2%の水性樹脂組成物を得た。なお、この水性樹脂組成物に含まれるCNFの不揮発分は、0.2%であった。
(実施例2)
 水性樹脂組成物の製造において、製造例1で得られたカルボキシメチル化セルロースナノファイバーの水分散液に代えて、製造例2で得られた酸化セルロースナノファイバーの水分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様に水性樹脂組成物の製造を行った。
(実施例3)
 水性アクリル樹脂(DIC製:ウォーターゾールS-727)に、製造例1で得られた1%カルボキシメチル化セルロースナノファイバーの水分散液およびイオン交換水を加え、不揮発分が23.2%の水性樹脂組成物を得た。なお、この水性樹脂組成物に含まれるCNFの不揮発分は0.2%であった。
(実施例4)
 水性樹脂組成物の製造において、実施例3で用いた水性アクリル樹脂(DIC製:ウォーターゾールS-727)に代えて、アクリル変性エポキシ樹脂(荒川化学工業製:モデピクス302)を用いたこと以外は、実施例3と同様に水性樹脂組成物の製造を行った。
(比較例1)
 水性樹脂組成物の製造において、セルロースナノファイバーの水分散液を用いなかったこと以外は、実施例1と同様に水性樹脂組成物の製造を行った。なお、得られた水性樹脂組成物の不揮発分は23%であった。
 このようにして得られた各水性樹脂組成物を用い、下記の通り試験パネルを作製し、下記の基準に従って、鉛筆硬度、金属密着性、及び平滑性の評価を行った。
(試験パネル作製条件)
 厚さ0.26mmのアルミ板上に乾燥時の塗膜厚みが5~6μmになるように各水性樹脂組成物を塗布し、200℃で2分間焼き付け乾燥して試験パネルを作製した。結果を表1に示す。
(鉛筆硬度)
 JIS K5400に準拠し、常温で評価した。評価基準は、塗膜が剥離しない最高硬度を表示した。
◎:5H以上
○:3H-4H
△:H-2H
×:F以下
(金属密着性)
 JIS K5400に準拠し、試験パネルにカッターナイフで碁盤目状に傷をつけ、セロハンテープにより碁盤目部を弾き剥がし、碁盤目100個中の残存碁盤目数により金属密着性を評価した。
○:残存碁盤目数が90個以上
×:残存碁盤目数が90個未満
(平滑性)
 試験パネルの表面を目視にて観察した状態を下記基準にて判定した。
◎:表面に、うねりやツブなどの塗膜欠陥が見当たらず、平滑で光沢のある状態である。
○:表面に、うねりやツブなどの塗膜欠陥が見当たらない状態である。
△:一部にうねりやツブなどの塗膜欠陥が発生している。
×:全面にうねりやツブなどの塗膜欠陥が発生している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示す通り、アニオン変性CNFおよび特定の樹脂を含む樹脂組成物を用いると、密着性、強度、および平滑性に優れる塗膜を得ることができる。

Claims (5)

  1.  エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ビニル系樹脂から選ばれる少なくとも一つの樹脂と、アニオン変性セルロースナノファイバーとを含む樹脂組成物。
  2.  前記アニオン変性セルロースナノファイバーが、カルボキシメチル化セルロースナノファイバー、またはTEMPO酸化セルロースナノファイバーである請求項1記載の樹脂組成物。
  3.  水性樹脂組成物である請求項1または2記載の樹脂組成物。
  4.  請求項1~3の何れか一項に記載された樹脂組成物を含む塗料。
  5.  請求項4に記載された塗料が塗布されてなる塗膜を備える金属。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05194908A (ja) 1992-01-18 1993-08-03 Kansai Paint Co Ltd 水性塗料組成物
JP2011057749A (ja) * 2009-09-07 2011-03-24 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd 水系塗料組成物
JP2013181168A (ja) * 2012-03-05 2013-09-12 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd 樹脂組成物およびそれを含有する皮膜形成剤、並びに皮膜
JP2017043647A (ja) * 2015-08-24 2017-03-02 第一工業製薬株式会社 セルロースエステル水性分散体
JP2018044100A (ja) * 2016-09-16 2018-03-22 第一工業製薬株式会社 塗料組成物

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100494227C (zh) * 2007-06-04 2009-06-03 武汉理工大学 纳米可分散羧甲基纤维素-丙烯酸高分子吸水树脂的合成方法
JP5150792B2 (ja) * 2011-03-11 2013-02-27 Dic株式会社 変性セルロースナノファイバー、その製造方法及びこれを用いた樹脂組成物
CN103045053A (zh) * 2013-01-04 2013-04-17 高文升 一种水性工业防腐漆及制备方法
WO2015050117A1 (ja) * 2013-10-04 2015-04-09 Dic株式会社 変性セルロースナノファイバー、その製造方法及びこれを用いた樹脂組成物、成形体、樹脂組成物の製造方法
US11603415B2 (en) * 2014-01-17 2023-03-14 Nippon Paper Industries Co., Ltd. Dry solids of anionically modified cellulose nanofibers and processes for preparing them
JP6814753B2 (ja) * 2016-02-08 2021-01-20 日本製紙株式会社 変性カルボキシメチル化セルロースナノファイバー分散液およびその製造方法
CN113686794A (zh) * 2016-08-08 2021-11-23 日本制纸株式会社 纤维素纳米纤维分散液的评价方法、纤维素纳米纤维水分散液、食品、化妆品和橡胶组合物
CN108299701B (zh) * 2017-01-11 2022-05-27 日立安斯泰莫株式会社 纤维材料及其制造方法以及复合材料及其制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05194908A (ja) 1992-01-18 1993-08-03 Kansai Paint Co Ltd 水性塗料組成物
JP2011057749A (ja) * 2009-09-07 2011-03-24 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd 水系塗料組成物
JP2013181168A (ja) * 2012-03-05 2013-09-12 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd 樹脂組成物およびそれを含有する皮膜形成剤、並びに皮膜
JP2017043647A (ja) * 2015-08-24 2017-03-02 第一工業製薬株式会社 セルロースエステル水性分散体
JP2018044100A (ja) * 2016-09-16 2018-03-22 第一工業製薬株式会社 塗料組成物

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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