WO2022118792A1 - 塩化ビニル樹脂組成物及びその製造方法、並びに成形体 - Google Patents

塩化ビニル樹脂組成物及びその製造方法、並びに成形体 Download PDF

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WO2022118792A1
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nanocellulose
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raw material
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勇悟 宮田
大介 神谷
義貴 中居
正治 横幕
聡 守谷
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東亞合成株式会社
アロン化成株式会社
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    • C08L51/02Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers grafted on to polysaccharides

Definitions

  • the present invention relates to a vinyl chloride resin composition, a method for producing the same, and a molded product.
  • Plant fibers are not artificially synthesized, but are used by loosening plant-derived fibers. Since the plant fiber hardly remains as ash during combustion, there are no problems such as ash treatment in the incinerator and landfill treatment. For this reason, in recent years, research on the use of plant fibers as reinforcing materials for resins has been advanced, and in particular, cellulose nanofibers obtained by defibrating plant fibers to the nano level (hereinafter, also referred to as nanocellulose, fine cellulose fibers, or CNF). ) Is being studied.
  • CNF nanocellulose, fine cellulose fibers
  • Patent Document 1 describes a polyvinyl chloride resin composition containing a polyvinyl chloride resin, fine cellulose fibers or a modified product thereof, and a plasticizer. It is said that the polyvinyl chloride resin composition of Patent Document 1 maintains excellent strength even at high temperatures, does not lose its flexibility at low temperatures, and has excellent elasticity.
  • Patent Document 2 describes a vinyl chloride resin composite for paste processing, which contains 0.002 to 0.9 parts by weight of fine cellulose fibers with respect to 100 parts by weight of the vinyl chloride resin for paste processing. Have been described. It is said that the complex of Patent Document 2 becomes a plastisol exhibiting high thixotropy property, and a paste PVC composition exhibiting good mechanical strength can be obtained.
  • Patent Document 3 describes a cellulose fiber planar structure or cellulose fiber particles produced from a dispersion of fibers composed of cellulose having a cellulose type I crystal and having a specific repeating unit and / or a derivative thereof, and cellulose fiber particles other than cellulose.
  • a structure, a substrate, a window material, and a vehicle body including a polymer cellulose composite obtained by combining a polymer with a polymer are disclosed.
  • Patent Document 4 discloses that at least a part of a hollow window frame made of synthetic resin is formed from a composition containing a vinyl chloride resin and chemically modified cellulose nanofibers as main components.
  • the chemically modified cellulose nanofibers used in Patent Document 4 are specifically obtained by chemically modifying commercially available pulp-derived cellulose with a propionyl group, and it is specifically a matter of using finely divided nanocellulose. Not disclosed.
  • Patent Document 5 a cellulosic raw material is oxidized by using hypochloric acid having an effective chlorine concentration of 14% by mass to 43% by mass or a salt thereof as an oxidizing agent as a resin modifying agent having an excellent resin modifying effect.
  • a resin modifier containing a polymer of cellulose nanofibers and an ethylenically unsaturated monomer obtained by defibrating the oxidized cellulose is disclosed.
  • Patent Document 5 does not describe a polyvinyl chloride resin composition containing the above-mentioned cellulose nanofibers in a vinyl chloride resin.
  • the vinyl chloride resin can improve its strength by containing CNF.
  • the vinyl chloride resins of Patent Documents 1 and 2 include CNF obtained by TEMPO oxidation (also referred to as TEMPO oxide CNF).
  • TEMPO Oxidized CNF is obtained by oxidizing a cellulosic raw material with 2,2,6,6-tetraalkylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) and then applying a strong force using a device such as a high-pressure homogenizer to make it finer.
  • TEMPO Oxidized CNF is obtained by oxidizing a cellulosic raw material with 2,2,6,6-tetraalkylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) and then applying a strong force using a device such as a high-pressure homogenizer to make it finer.
  • the fine cellulose fiber used in Patent Document 3 is obtained by mechanical defibration and ultrasonic treatment using a plant-derived raw material as a starting material.
  • the vinyl chloride resin containing CNF also has problems of low productivity and high cost, and there is a demand for a means for efficiently obtaining a high-strength vinyl chloride resin.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its main purpose is to efficiently obtain a vinyl chloride resin having excellent strength.
  • the strength can be increased by containing the predetermined nanocellulose in the vinyl chloride resin, and that the vinyl chloride resin can be efficiently obtained.
  • the invention was completed. Specifically, the present invention provides the following means.
  • a vinyl chloride resin composition containing nanocellulose and a vinyl chloride resin A vinyl chloride resin composition in which the nanocellulose is derived from oxidized cellulose, which is an oxide of a cellulosic raw material due to hypochlorous acid or a salt thereof, and is substantially free of N-oxyl compounds.
  • the method for producing a vinyl chloride resin composition according to any one of [1] to [10]. A production method comprising a step of polymerizing a raw material monomer of a vinyl chloride resin using a mixture containing nanocellulose and a raw material monomer of a vinyl chloride resin.
  • Including the step of polymerizing the raw material monomer of vinyl chloride resin A production method, wherein the oxidized cellulose contains an oxide of a cellulosic raw material due to hypochlorous acid or a salt thereof.
  • a step of obtaining a second mixture containing nanocellulose and a vinyl chloride resin by stirring the first mixture containing cellulose oxide and a vinyl chloride resin, and a step of drying the second mixture are included.
  • a method for producing a vinyl chloride resin composition containing nanocellulose and a vinyl chloride resin A step of obtaining a mixture containing nanocellulose and a vinyl chloride resin by stirring the cellulose oxide and continuously adding a vinyl chloride resin, and a step of drying the mixture are included.
  • a production method wherein the oxidized cellulose contains an oxide of a cellulosic raw material due to hypochlorous acid or a salt thereof.
  • the vinyl chloride resin composition of the present invention has excellent strength and can be efficiently obtained.
  • the present invention is not limited to the following embodiments.
  • the components including element steps and the like are not essential unless otherwise specified.
  • the term "process” includes, in addition to a process independent of other processes, the process as long as the purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from the other process. ..
  • the numerical range indicated by using "-" includes the numerical values before and after "-" as the minimum value and the maximum value, respectively.
  • each component may contain a plurality of applicable substances.
  • the content or content of each component is the total content or content of the plurality of substances present in the composition unless otherwise specified.
  • a plurality of types of particles corresponding to each component may be contained.
  • the particle size of each component means a value for a mixture of the plurality of particles present in the composition, unless otherwise specified.
  • the vinyl chloride resin composition of the present invention contains nanocellulose.
  • the nanocellulose is derived from oxidized cellulose which is an oxide of a cellulosic raw material by hypochloric acid or a salt thereof (in other words, a solution of cellulose oxide which is an oxide of a cellulosic raw material by hypochloric acid or a salt thereof. (Contains fibers) and is substantially free of N-oxyl compounds.
  • the vinyl chloride resin composition of the present invention refers to a composition mainly containing a vinyl chloride resin as a constituent resin.
  • "mainly containing a vinyl chloride resin as a constituent resin” means that the ratio of the vinyl chloride resin to the total amount of the constituent resins of the composition is usually in excess of 50% by mass. The above ratio may be 60% by mass or more, 70% by mass or more, 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass or more. It may be 100% by mass.
  • the form of the vinyl chloride resin composition of the present invention is not particularly limited, and may be, for example, powdery, pelletized, or lumpy.
  • the vinyl chloride resin composition of the present invention may be used by molding powder, pellets, or lumps as they are. Further, the vinyl chloride resin composition of the present invention is used by mixing powder, pellets, or lumps with the vinyl chloride resin composition and the target resin to be blended (hereinafter, also referred to as raw material resin). May be good.
  • the vinyl chloride resin composition is also referred to as a resin modification composition. That is, the vinyl chloride resin composition of the present invention includes both an embodiment in which the vinyl chloride resin composition itself is used as a resin and an embodiment in which the composition for modifying the resin is used.
  • the vinyl chloride resin composition of the present invention contains nanocellulose, which is derived from oxidized cellulose which is an oxide of a cellulosic raw material by hypochlorous acid or a salt thereof, and which is substantially free of N-oxyl compound.
  • Nanocellulose in the present invention is a general term for finely divided (also referred to as nanonized) cellulose, and includes fine cellulose fibers, cellulose nanocrystals, and the like, and also includes modified products thereof (details of the modified products will be described later). do).
  • Fine cellulose fibers are also referred to as cellulose nanofibers (also referred to as CNF).
  • the nanocellulose in the present invention is obtained by oxidizing a cellulose-based raw material with hypochlorous acid or a salt thereof and inducing it to oxidized cellulose (that is, corresponding to the oxide of the above-mentioned cellulose-based raw material).
  • the nanocellulose obtained by this production method can exhibit the property that oxidized cellulose is easily defibrated (easy defibration), and defibration proceeds sufficiently without applying a large energy load.
  • Such nanocellulose can be obtained at low cost and can be efficiently produced. Therefore, the vinyl chloride resin composition of the present invention can also be efficiently obtained. Further, the nanocellulose in the present invention has high dispersibility.
  • this nanocellulose When this nanocellulose is combined with a vinyl chloride resin, it is considered that a resin composition in which the nanocellulose is uniformly dispersed in the vinyl chloride resin can be obtained. As a result, a vinyl chloride resin having excellent strength, specifically, a flexural modulus can be obtained.
  • the nanocellulose in the present invention is a miniaturized version of oxidized cellulose obtained by oxidizing a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof.
  • the oxidized cellulose can also be said to be an oxide of a cellulosic raw material. Therefore, the nanocellulose in the present invention is derived from the oxide of the cellulosic raw material by hypochlorous acid or a salt thereof.
  • the main component of the plant is cellulose, and a bundle of cellulose molecules is called a cellulose microfibril. Cellulose in cellulosic raw materials is also contained in the form of cellulosic microfibrils.
  • the nanocellulose in the present invention is required, for example, in a step of oxidizing a cellulosic raw material to produce oxidized cellulose using hypochlorous acid or a salt thereof having an effective chlorine concentration of 7% by mass or more and 43% by mass or less. Accordingly, it can be suitably produced by a production method including a step of defibrating the oxidized cellulose to make it finer.
  • the nanocellulose in the present invention oxidizes a cellulosic raw material under the condition that the effective chlorine concentration of hypochlorous acid or a salt thereof in the reaction system is relatively high (for example, 14% by mass to 43% by mass). It is more preferable to obtain it by defibrating the oxidized cellulose, if necessary.
  • the vinyl chloride resin composition of the present invention contains nanocellulose, it can also be produced by blending a defibrated cellulose oxide to be finely divided, and the vinyl chloride resin composition can be produced at the time of preparation. Can also be produced by using the above as a raw material and refining the oxidized cellulose into nanocellulose during preparation. Therefore, the nanocellulose in the vinyl chloride resin composition is refined at an appropriate time point.
  • the above-mentioned oxidized cellulose can be obtained without using an N-oxyl compound such as TEMPO. Therefore, the oxidized cellulose and nanocellulose in the present invention are substantially free of N-oxyl compounds. Therefore, the vinyl chloride resin composition of the present invention is highly safe because the influence of the N-oxyl compound on the environment and the human body is sufficiently reduced.
  • substantially free of N-oxyl compound means that the oxidized cellulose and the nanocellulose do not use the N-oxyl compound in producing the oxidized cellulose, or N-. It means that the content of the oxyl compound is 2.0 mass ppm or less with respect to the total amount of oxidized cellulose or nanocellulose, and is preferably 1.0 mass ppm or less.
  • N-oxyl compound is substantially contained. It means "not included”.
  • the content of the N-oxyl compound can be measured by a known means.
  • a method using a trace total nitrogen analyzer can be mentioned.
  • the nitrogen component derived from the N-oxyl compound in the oxidized cellulose or nanocellulose is the amount of nitrogen using a trace total nitrogen analyzer (for example, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., device name: TN-2100H, etc.). Can be measured as.
  • the above-mentioned oxidized cellulose is excellent in defibration.
  • the above-mentioned oxidized cellulose can be uniformly finely divided even when the defibration treatment is performed under mild conditions, and is excellent in defibration.
  • the nanocellulose in the present invention can be produced through an oxidation reaction using hypochlorous acid or a salt thereof, as described in detail in [Method for producing nanocellulose] described later, and has the following zeta potential and light transmittance. It is preferable to satisfy.
  • the zeta potential and the light transmittance can also be used as indicators of the nanocellulose.
  • the nanocellulose in the present invention preferably has a zeta potential of ⁇ 30 mV or less.
  • the zeta potential is -30 mV or less (that is, the absolute value is 30 mV or more)
  • sufficient repulsion between microfibrils is obtained, and nanocellulose having a high surface charge density is likely to be generated when defibrated.
  • the dispersion stability of nanocellulose is improved, and the viscosity stability and handleability of the slurry are excellent.
  • the zeta potential is -100 mV or more (that is, the absolute value is 100 mV or less)
  • oxidative cleavage in the fiber direction with the progress of oxidation tends to be suppressed, so that nanocellulose having a uniform size can be obtained.
  • nanocellulose is stable and has high dispersibility in water, and the obtained vinyl chloride resin composition tends to contain nanocellulose uniformly. Therefore, there is a tendency that the vinyl chloride resin has less aggregation and is uniformly dispersed to increase the strength.
  • the zeta potential of nanocellulose is preferably ⁇ 35 mV or less, more preferably ⁇ 40 mV or less, and even more preferably ⁇ 50 mV or less.
  • the lower limit of the zeta potential -90 mV or more is preferable, -85 mV or more is more preferable, -80 mV or more is further preferable, -77 mV or more is further preferable, -70 mV or more is further preferable, and -65 mV or more is more preferable. More preferred.
  • the range of the zeta potential can be appropriately combined with the above-mentioned lower limit and upper limit.
  • the zeta potential is preferably ⁇ 90 mV or more and -30 mV or less, more preferably ⁇ 85 mV or more and -30 mV or less, still more preferably -80 mV or more and -30 mV or less, still more preferably ⁇ 77 mV or more and -30 mV or less. Yes, more preferably ⁇ 70 mV or more and ⁇ 30 mV or less, still more preferably ⁇ 65 mV or more and ⁇ 30 mV or less, and even more preferably ⁇ 65 mV or more and ⁇ 35 mV or less.
  • the zeta potential is a value measured under the conditions of pH 8.0 and 20 ° C. for an aqueous dispersion having a concentration of nanocellulose of 0.1% by mass. Specifically, the measurement can be performed according to the conditions described in Examples described later.
  • the nanocellulose dispersion in which nanocellulose having a narrow fiber width and few aggregates is dispersed in a dispersion medium has less light scattering of nanocellulose and can exhibit high light transmittance.
  • the nanocellulose in the present invention has a light transmittance of 95% or more in a mixed solution having a solid content concentration of 0.1% by mass mixed with water.
  • the light transmittance is more preferably 96% or more, still more preferably 97% or more.
  • the light transmittance is a value measured by a spectrophotometer at a wavelength of 660 nm. Specifically, the measurement can be performed according to the conditions described in Examples described later.
  • the degree of polymerization of the oxidized cellulose is preferably 600 or less.
  • the degree of polymerization of cellulose oxide is 600 or less, a large amount of energy tends to be unnecessary for defibration, sufficient easy defibration can be exhibited, dispersibility is improved, and strength tends to be improved. It is in.
  • the degree of polymerization of cellulose oxide is 600 or less, the amount of cellulose oxide that is insufficiently defibrated is reduced, so that light scattering and the like are reduced when the finely divided nanocellulose is dispersed in a dispersion medium. , Transparency tends to improve.
  • the size of the obtained nanocellulose is less likely to vary, and the quality tends to be uniform.
  • the viscosity of the slurry containing nanocellulose tends to be low, and the handleability of the slurry tends to be improved.
  • the lower limit of the degree of polymerization of cellulose oxide is not particularly set.
  • the degree of polymerization of cellulose oxide is 50 or more, the proportion of particulate cellulose rather than fibrous is reduced, the quality of the slurry becomes uniform, the viscosity becomes stable, and one of the characteristics of nanocellulose is. It becomes easy to obtain the viscosity property.
  • the reinforcing effect when added to the resin tends to be improved.
  • the degree of polymerization of cellulose oxide is preferably in the range of 50 or more and 600 or less.
  • the degree of polymerization of the oxidized cellulose is more preferably 580 or less, further preferably 560 or less, still more preferably 550 or less, still more preferably 500 or less, still more preferably 450 or less. Even more preferably, it is 400 or less.
  • the lower limit of the degree of polymerization is more preferably 60 or more, still more preferably 70 or more, still more preferably 80 or more, still more preferably, from the viewpoint of improving the viscosity stability and coatability of the slurry. Is 90 or more, more preferably 100 or more, even more preferably 110 or more, and most preferably 120 or more.
  • the preferable range of the degree of polymerization can be determined by appropriately combining the above-mentioned upper limit and lower limit.
  • the degree of polymerization of cellulose oxide is more preferably 60 to 600, still more preferably 70 to 600, still more preferably 80 to 600, still more preferably 80 to 550, and even more preferably 80 to 80. It is 500, more preferably 80 to 450, and particularly preferably 80 to 400.
  • the degree of polymerization of the oxidized cellulose can be adjusted by changing the reaction time, the reaction temperature, the pH, and the effective chlorine concentration of the hypochlorous acid or a salt thereof at the time of the oxidation reaction. Specifically, since the degree of polymerization tends to decrease as the degree of oxidation increases, for example, a method of increasing the reaction time and / or the reaction temperature of oxidation can be mentioned in order to reduce the degree of polymerization. As another method, the degree of polymerization of cellulose oxide can be adjusted by the stirring conditions of the reaction system at the time of the oxidation reaction.
  • the degree of polymerization of cellulose oxide is the average degree of polymerization (viscosity average degree of polymerization) measured by the viscosity method. For details, follow the method described in Examples described later.
  • the amount of carboxy groups of the nanocellulose and the oxidized cellulose is preferably 0.10 mmol / g or more.
  • the amount of the carboxy group is 0.10 mmol / g or more, sufficient friability can be imparted to the oxidized cellulose.
  • the amount of carboxy group is preferably less than 2.0 mmol / g.
  • the carboxy group amount of the nanocellulose and the oxidized cellulose is more preferably 0.35 mmol / g or more, further preferably 0.40 mmol / g or more, still more preferably 0.42 mmol / g or more.
  • the upper limit of the amount of carboxy group is more preferably 1.5 mmol / g or less, further preferably 1.2 mmol / g or less, still more preferably 1.0 mmol / g or less, and even more preferably 0. It is 9.9 mmol / g or less.
  • the preferable range of the amount of carboxy group can be determined by appropriately combining the above-mentioned upper limit and lower limit.
  • the carboxy group amount of the nanocellulose and the oxidized cellulose is more preferably 0.35 to 2.0 mmol / g, still more preferably 0.35 to 1.5 mmol / g, still more preferably 0.40 to 0.40 to g. It is 1.5 mmol / g, more preferably 0.50 to 1.2 mmol / g, still more preferably more than 0.50 to 1.2 mmol / g, and even more preferably 0.55 to 1. It is 0 mmol / g.
  • the amount of carboxy group (mmol / g) is 0.05 N after adding 0.1 M (also referred to as mol / L) aqueous hydrochloric acid solution to an aqueous solution of nanocellulose or oxidized cellulose mixed with water to adjust the pH to 2.5. From the amount of sodium hydroxide (a) consumed in the neutralization step of a weak acid in which the change in electrical conductivity is moderate, the electric conductivity is measured by dropping the aqueous sodium hydroxide solution of the above (11.0) until the pH reaches 11.0. It is a value calculated using the following formula. For details, follow the method described in Examples described later.
  • the amount of carboxy group can be adjusted by changing the reaction time of the oxidation reaction, the reaction temperature, the pH of the reaction solution, and the like.
  • Amount of carboxy group a (ml) x 0.05 / mass of nanocellulose or oxidized cellulose (g)
  • the average fiber diameter of the oxidized cellulose in the present invention is not particularly limited, but may be 0.1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the nanocellulose or oxidized cellulose in the present invention preferably has a structure in which at least two of the hydroxyl groups of the glucopyranose ring constituting the cellulose are oxidized. More specifically, it has a structure in which the hydroxyl groups at the 2- and 3-positions of the glucopyranose ring are oxidized and a carboxy group is introduced. Further, it is preferable that the hydroxyl group at the 6-position of the glucopyranose ring in the nanocellulose or oxidized cellulose is not oxidized and remains as a hydroxyl group.
  • the position of the carboxy group in the glucopyranose ring can be analyzed by comparing the solution NMR spectrum using rayon oxide as a model molecule and the solid 13 C-NMR spectrum of cellulose oxide.
  • Rayon has the same chemical structure as cellulose, and its oxide (rayon oxide) is water-soluble.
  • rayon oxide By dissolving rayon oxide in heavy water and performing one-dimensional 13 C-NMR measurement of the solution, a peak of carbon attributed to the carboxy group is observed at 165 to 185 ppm.
  • the oxidized cellulose or nanocellulose used in the present invention obtained by oxidizing the raw material cellulose with hypochlorous acid or a salt thereof, two signals appear in this chemical shift range. Further, by solution two-dimensional NMR measurement, it can be determined that the carboxy group is introduced at the 2-position and the 3-position.
  • the carboxy group is introduced at the 2-position and the 3-position by evaluating the spread of the peak appearing at 165 to 185 ppm. That is, two peak area values obtained by vertically dividing the area value at the peak top after drawing a baseline on the peak in the range of 165 ppm to 185 ppm in the solid 13 C-NMR spectrum to obtain the total area value. A ratio (large area value / small area value) is obtained, and if the ratio of the peak area values is 1.2 or more, it can be said that the peak is broad.
  • the presence or absence of the broad peak can be determined by the ratio of the baseline length L in the range of 165 ppm to 185 ppm and the perpendicular length L'from the peak top to the baseline. That is, if the ratio L'/ L is 0.1 or more, it can be determined that a broad peak exists.
  • the ratio L'/ L may be 0.2 or more, 0.3 or more, 0.4 or more, or 0.5 or more.
  • the upper limit of the ratio L'/ L is not particularly limited, but usually it may be 3.0 or less, 2.0 or less, or 1.0 or less.
  • the structure of the glucopyranose ring can also be determined by analysis according to the method described in Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 48, 17800-17806.
  • Nanocellulose in the present invention is an aggregate of fibers in units of one.
  • the nanocellulose in the present invention contains carboxylated nanocellulose, it suffices to contain at least one carboxylated nanocellulose, and it is preferable that the carboxylated nanocellulose is the main component.
  • the main component of the carboxylated nanocellulose is that the ratio of the carboxylated nanocellulose to the total amount of nanocellulose exceeds 50% by mass, preferably exceeds 70% by mass, and more preferably 80% by mass. Refers to being in excess.
  • the upper limit of the above ratio is 100% by mass, but it may be 98% by mass or 95% by mass.
  • the average fiber length of nanocellulose in the present invention is preferably 100 nm or more and 700 nm or less.
  • the average fiber width of nanocellulose in the present invention is preferably 2.0 nm or more and 5.0 nm or less.
  • the average fiber length of nanocellulose is more preferably in the range of 100 nm or more and 600 nm or less, and further preferably in the range of 100 nm or more and 400 nm or less.
  • the average fiber length is 700 nm or less, it is possible to avoid a situation in which the slurry is violently thickened and handling becomes difficult. Further, when the average fiber length is 100 nm or more, the viscosity characteristic of nanocellulose is easily developed.
  • the average fiber width of nanocellulose is more preferably in the range of 2.0 nm or more and 4.5 nm or less, and more preferably in the range of 2.5 nm or more and 4.0 nm or less.
  • the average fiber width is 2.0 nm or more, the strength improvement of the resin composition containing nanocellulose is likely to occur. Further, when the average fiber width is 5.0 nm or less, the strength improvement is likely to occur.
  • nanocellulose and water are mixed so that the concentration of nanocellulose is approximately 1 to 10 ppm, and a sufficiently diluted nanocellulose aqueous dispersion is naturally dried on a mica substrate.
  • the shape of nanocellulose was observed using a scanning probe microscope, and an arbitrary number of fibers were randomly selected from the obtained images.
  • the average fiber width and the average fiber length may be measured using an aqueous dispersion of nanocellulose, or may be measured using an aqueous dispersion containing nanocellulose and a vinyl chloride monomer. Specifically, the average fiber length and the average fiber width are obtained by diluting an aqueous dispersion of nanocellulose with pure water, for example, 1000 to 1000000 times, and naturally drying it on a mica substrate.
  • the shape of nanocellulose can be observed in AC mode using a probe microscope "MFP-3D infinity”.
  • the fiber length can be binarized and analyzed using the image processing software "ImageJ”.
  • the nanocellulose in the present invention contains fine cellulose fibers, cellulose nanocrystals, and the like, and also includes modified products thereof.
  • modified product of nanocellulose refers to a product in which nanocellulose is modified with an arbitrary compound.
  • the compound for modifying nanocellulose is not particularly limited, and metal soap, amine or quaternary ammonium can be preferably mentioned. It is considered that the reaction between the carboxy group on the surface of the nanocellulose and the arbitrary compound portion modifies the nanocellulose, improves the hydrophobicity of the nanocellulose, and improves the affinity for the vinyl chloride resin.
  • the amine is not particularly limited and may be any of primary, secondary and tertiary.
  • the number of carbon atoms of the hydrocarbon group or aromatic group bonded to the nitrogen atom of the amine or quaternary ammonium salt compound (if two or more hydrocarbon groups or aromatic groups are bonded to the nitrogen atom, the total carbon number)
  • the number is not particularly limited and may be selected from 1 to 100 carbon atoms.
  • Specific examples of the amine include monododecylamine.
  • an amine having a polyalkylene oxide structure such as an ethylene oxide / propylene oxide (EO / PO) copolymer may be used. From the viewpoint of imparting sufficient hydrophobicity to nanocellulose, the number of carbon atoms is preferably 3 or more, and more preferably 5 or more.
  • the quaternary ammonium salt compound that modifies nanocellulose is not particularly limited.
  • the quaternary ammonium salt compound includes a quaternary ammonium hydroxide such as tetrabutylammonium hydroxide, a quaternary ammonium chloride such as tetrabutylammonium chloride, and a quaternary ammonium bromide such as tetrabutylammonium bromide.
  • a quaternary ammonium iodide such as tetrabutylammonium iodide can be considered.
  • the metal soap that modifies nanocellulose is not particularly limited, and is, for example, a metal salt of a long-chain fatty acid such as a magnesium salt of a long-chain fatty acid, a calcium salt of a long-chain fatty acid, or a zinc salt of a long-chain fatty acid; Examples thereof include a mixture of a calcium salt and a zinc salt of a long-chain fatty acid, and a lead-based metal soap, and among these, a metal salt of a long-chain fatty acid is preferable.
  • the metal salt of the long-chain fatty acid is preferably a polyvalent metal salt of the long-chain fatty acid.
  • long-chain fatty acids examples include buty acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid, capric acid, pelargonic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, pentadecic acid, palmitic acid, isostearic acid, stearic acid, oleic acid and linole.
  • examples thereof include acid, ricinoleic acid, octyl acid, arachidic acid, arachidonic acid, behenic acid, lignoseric acid, montanic acid and the like.
  • the metal soap magnesium stearate, a mixture of calcium stearate salt and zinc stearate salt, and lead-based thermometal soap are more preferable.
  • metal soaps may be used alone or in combination of two or more.
  • a commercially available product containing the above-mentioned metal soap may be used, and examples of the commercially available product include RZ-161, RZ-162, MDZ-CP-102, FTZ-111, and SCI-HSA manufactured by San Ace.
  • a modified nanocellulose can be obtained, for example, by refining oxidized cellulose that has been reacted with an arbitrary compound. Specifically, an acid, preferably hydrochloric acid, is added to an aqueous dispersion containing oxidized cellulose obtained from hypochlorous acid or a salt thereof as a cellulose-based raw material to make the carboxy group H-type, and further any compound is added. Then, if necessary, the dispersion medium can be removed to obtain a modified form of cellulose oxide, and the modified form of nanocesulose can be obtained by appropriately refining the mixture.
  • an acid preferably hydrochloric acid
  • the content of nanocellulose in the vinyl chloride resin composition of the present invention is preferably 0.5 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, and more preferably 0.5 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the vinyl chloride resin. It is 15 parts by mass or less, more preferably 0.5 parts by mass or more and 10 parts by mass or less. When the content of nanocellulose is 0.5 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, the strength of the vinyl chloride resin tends to be further improved.
  • the vinyl chloride resin composition may further contain an arbitrary additive in an arbitrary content.
  • the additive include the above-mentioned metal soap, lubricant, gelling improver, antistatic agent, heat stabilizer, stabilizing aid, processing aid, filler, antioxidant, light stabilizer, pigment and the like. Can be appropriately blended as long as the object of the present invention is not impaired, and a plasticizer can also be appropriately used as needed.
  • the lubricant is not particularly limited, and examples thereof include stearyl alcohol and the like.
  • the nanocellulose in the present invention is produced by a method including a step A of oxidizing a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof to obtain oxidized cellulose and a step B of defibrating the oxidized cellulose as necessary. Can be done.
  • the nanocellulose in the present invention can also be obtained without performing step B. That is, the nanocellulose in the present invention is produced by a production method including a step of oxidizing a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof, and after the oxidation, obtaining nanocellulose without substantially performing a defibration treatment. Can also be manufactured.
  • the nanocellulose in the present invention can also be obtained by a method of defibrating the oxidized cellulose in the presence of a vinyl chloride resin or a raw material monomer of a vinyl chloride resin. That is, nanocellulose may be used during the production of the vinyl chloride resin.
  • the cellulosic raw material is not particularly limited as long as it is a material mainly composed of cellulose, and examples thereof include pulp, natural cellulose, regenerated cellulose, and fine cellulose depolymerized by mechanically treating cellulose.
  • a commercially available product such as crystalline cellulose made from pulp can be used as it is.
  • unused biomass containing a large amount of cellulose components such as okara and soybean skin may be used as a raw material.
  • the cellulosic raw material may be treated with an alkali having an appropriate concentration in advance.
  • hypochlorous acid or a salt thereof used for oxidation of cellulose-based raw materials examples include hypochlorous acid water, sodium hypochlorite, potassium hypochlorite, calcium hypochlorite, and ammonium hypochlorite. Can be mentioned. Of these, sodium hypochlorite is preferable from the viewpoint of ease of handling.
  • Examples of the method for producing oxidized cellulose by oxidizing a cellulosic raw material include a method of mixing a cellulosic raw material with a reaction solution containing hypochlorous acid or a salt thereof.
  • the solvent contained in the reaction solution is preferably water because it is easy to handle and side reactions are unlikely to occur.
  • the effective chlorine concentration of hypochlorous acid or a salt thereof in the reaction solution is preferably 14 to 43% by mass. When the effective chlorine concentration of the reaction solution is in the above range, the amount of carboxy groups in the oxidized cellulose can be sufficiently increased, and defibration can be easily performed.
  • the effective chlorine concentration of the reaction solution is more preferably 15% by mass or more, further preferably 18% by mass or more, still more preferably 20% by mass or more. Is. Further, from the viewpoint of suppressing excessive decomposition of cellulose during defibration, the effective chlorine concentration of the reaction solution is more preferably 40% by mass or less, still more preferably 38% by mass or less.
  • the range of the effective chlorine concentration of the reaction solution can be appropriately combined with the above-mentioned lower limit and upper limit.
  • the range of the effective chlorine concentration is more preferably 16 to 43% by mass, still more preferably 18 to 40% by mass.
  • hypochlorous acid is a weak acid that exists as an aqueous solution
  • hypochlorite is a compound in which hydrogen of hypochlorous acid is replaced with another cation.
  • sodium hypochlorite which is a hypochlorite
  • the concentration is measured not as the concentration of sodium hypochlorite but as the amount of effective chlorine in the solution. ..
  • sodium hypochlorite since the oxidizing power of the divalent oxygen atom generated by the decomposition of sodium hypochlorite corresponds to the diatomic equivalent of monovalent chlorine, sodium hypochlorite is used.
  • the sample is first weighed, water, potassium iodide and acetic acid are added and left to stand, and the free iodine solution is titrated with a sodium thiosulfate solution using an aqueous starch solution as an indicator to measure the effective chlorine concentration. do.
  • the oxidation reaction of the cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof should be carried out while adjusting the pH in the range of 5.0 to 14.0. Within this range, the oxidation reaction of the cellulosic raw material can be sufficiently promoted, and the amount of carboxy groups in the oxidized cellulose can be sufficiently increased. This makes it possible to easily defibrate the oxidized cellulose.
  • the pH of the reaction system is more preferably 7.0 or higher, still more preferably 8.0 or higher.
  • the upper limit of the pH of the reaction system is more preferably 13.5 or less, still more preferably 13.0 or less.
  • the pH range of the reaction system is more preferably 7.0 to 14.0, and even more preferably 8.0 to 13.5.
  • hypochlorite sodium hypochlorite is used as hypochlorous acid or a salt thereof.
  • the reaction solution is preferably an aqueous solution of sodium hypochlorite.
  • a method of adjusting the effective chlorine concentration of the aqueous sodium hypochlorite solution to the target concentration for example, target concentration: 14% by mass to 43% by mass
  • sodium hypochlorite having a lower effective chlorine concentration than the target concentration is used.
  • a method for concentrating an aqueous solution, a method for diluting an aqueous solution of sodium hypochlorite having an effective chlorine concentration higher than the target concentration, and a method using crystals of sodium hypochlorite (for example, sodium hypochlorite pentahydrate) as a solvent for example, sodium hypochlorite pentahydrate
  • Examples thereof include a method of dissolving.
  • adjusting the concentration of effective chlorine as an oxidizing agent by a method of diluting an aqueous solution of sodium hypochlorite or a method of dissolving crystals of sodium hypochlorite in a solvent has less self-decomposition (that is,). There is little decrease in the effective chlorine concentration), and it is preferable because it is easy to adjust the effective chlorine concentration.
  • the method of mixing the cellulosic raw material and the sodium hypochlorite aqueous solution is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of operation, it is preferable to add the cellulosic raw material to the sodium hypochlorite aqueous solution and mix them.
  • the stirring method include a magnetic stirrer, a stirring rod, a stirring machine with a stirring blade (three-one motor), a homomixer, a dispenser type mixer, a homogenizer, and external circulation stirring.
  • shear stirrers such as homomixers and homogenizers, stirrers with stirring blades, and stirrers with stirring blades are available because the oxidation reaction of the cellulosic raw material proceeds smoothly and the degree of polymerization of the oxidized cellulose can be easily adjusted to a predetermined value or less.
  • a method using one or more of the disper type mixers is preferable, and a method using a stirrer with a stirring blade is particularly preferable.
  • a stirrer with a stirrer blade a device equipped with a known stirrer blade such as a propeller blade, a paddle blade, and a turbine blade can be used as the stirrer.
  • a stirrer with a stirring blade it is preferable to perform stirring at a rotation speed of 50 to 300 rpm.
  • the reaction temperature in the oxidation reaction is preferably 15 ° C to 100 ° C, more preferably 20 ° C to 90 ° C.
  • an alkaline agent for example, sodium hydroxide or the like
  • an acid for example, hydrochloric acid or the like
  • the reaction time of the oxidation reaction can be set according to the degree of progress of oxidation, but is preferably about 15 minutes to 50 hours.
  • the pH of the reaction system is 10 or more, it is preferable to set the reaction temperature to 30 ° C. or higher and / or the reaction time to 30 minutes or longer.
  • the zeta potential and light transmittance of nanocellulose can be adjusted to desired values by adjusting the reaction time, reaction temperature, stirring conditions, etc. of the oxidation reaction. Specifically, as the reaction time is lengthened and / or the reaction temperature is increased, oxidation of the cellulosic raw material to the surface of the cellulose microfibrils progresses, and electrostatic repulsion and osmotic pressure cause repulsion between the fibrils. By strengthening, the average fiber width becomes smaller, which tends to increase the light transmission rate.
  • the zeta potential is set by setting one or more of the reaction time, reaction temperature, and stirring conditions of oxidation (for example, lengthening the reaction time) on the side where oxidation is further promoted (that is, the side where the degree of oxidation is increased). It tends to be expensive.
  • a known isolation treatment such as filtration is performed, and further purification is performed as necessary to obtain an oxide of the cellulosic raw material by hypochlorous acid or a salt thereof.
  • Oxidized cellulose can be obtained as.
  • the solution containing the oxidized cellulose obtained by the above reaction may be directly subjected to the defibration treatment.
  • a cellulose-based raw material is oxidized using hypochlorous acid or a salt thereof, and after the oxidation, nanocellulose is produced without substantially performing a defibration treatment. It may include the step of obtaining.
  • substantially no defibration treatment means a step of isolating the obtained oxidized cellulose after oxidation and refining the oxidized cellulose using a mechanical defibrating device or the like. Means not to do.
  • the reaction time of the oxidation reaction is preferably 30 minutes or more.
  • the reaction time of the oxidation reaction is more preferably 2 hours or more, still more preferably 3 hours or more, from the viewpoint of further advancing the defibration.
  • the upper limit of the reaction time of the oxidation reaction is not particularly limited and may be appropriately adjusted.
  • the upper limit of the reaction time is usually 15 days or less, may be 10 days or less, or may be 7 days or less. From the viewpoint of productivity, the upper limit of the reaction time is preferably 30 hours or less, more preferably 20 hours or less.
  • the concentration of the cellulosic raw material during the oxidation reaction is preferably 30 with respect to the total amount of the reaction mixture during the oxidation reaction from the viewpoint of improving workability such as facilitating stirring during the oxidation reaction and from the viewpoint of advancing defibration. It is mass% or less, more preferably 20 mass% or less, still more preferably 10 mass% or less.
  • the lower limit of the concentration of the cellulosic raw material in the oxidation reaction is usually 0.1% by mass or more, and from the viewpoint of productivity, it is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, still more preferably. 3% by mass or more.
  • the concentration of the cellulosic raw material in the oxidation reaction is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably in the range of 1% by mass or more and 20% by mass or less, and further preferably 1% by mass. It is in the range of% or more and 10% by mass or less.
  • the treatment for stopping the oxidation reaction is not particularly limited, and examples thereof include a method of adding an acid or a metal catalyst. Further, a method of reducing hypochlorous acid or a salt thereof is preferably mentioned. Specific examples of the treatment for stopping the oxidation reaction include a method of adding a reducing agent such as sodium sulfite. The amount of the reducing agent added may be appropriately adjusted according to the amount of hypochlorous acid or a salt thereof (effective chlorine concentration).
  • nanocellulose can be obtained by appropriately performing a post-treatment after oxidizing the cellulosic raw material without performing the defibration treatment.
  • a solution obtained by oxidation it is preferable to use known solid-liquid separation such as filtration, if necessary. Therefore, one aspect of the production method of the present invention is a reaction mixture obtained by oxidizing a cellulosic raw material with hypochloric acid or a salt thereof, and after the oxidation, substantially without performing a defibration treatment. Is required to be solid-liquid separated to obtain a dispersion containing nanocellulose.
  • the solid-liquid separation referred to here means an operation of separating the solid content and the liquid phase, and the dispersion liquid containing nanocellulose corresponds to the liquid phase.
  • unrefined cellulose oxide can be recovered as a solid content.
  • the unrefined cellulose oxide (that is, the solid content obtained by solid-liquid separation) may be reused for further oxidation reaction, or may be subjected to a defibration treatment step to be refined.
  • the obtained reaction mixture may be solid-liquid separated as necessary to obtain a dispersion containing nanocellulose, and the dispersion may be purified as necessary.
  • the purification method is not particularly limited as long as it is a means for removing impurities other than nanocellulose in the dispersion liquid.
  • the impurities include salt components derived from the oxidation reaction and the like, particulate cellulose obtained as a result of excessive progress of the oxidation reaction, soluble components and the like.
  • Specific methods for purification include general methods such as a method of putting a dispersion in a dialysis tube and extracting impurities into water, electrodialysis, and various types of chromatography (distribution chromatography, adsorption chromatography, size). Chromatography such as exclusion chromatography and ion exchange chromatography) and the like can be mentioned.
  • the nanocellulose in the present invention may be obtained by defibrating and refining the oxidized cellulose obtained above.
  • Examples of the method for defibrating cellulose oxide include a method by weak stirring using a magnetic stirrer and the like, a method by mechanical defibration, and the like.
  • a screw type mixer for example, a screw type mixer, a paddle mixer, a disper type mixer, a turbine type mixer, a homomixer under high speed rotation, a high pressure homogenizer, an ultrahigh pressure homogenizer, a double cylindrical homogenizer, and an ultrasonic homogenizer are used.
  • Water flow counter-collision type disperser beater, disc type refiner, conical type refiner, double disc type refiner, grinder, single-screw or multi-screw kneader, rotation / revolution stirrer, vibration type stirrer, etc.
  • the method can be mentioned.
  • a method using an ultra-high pressure homogenizer may be used in that nanocellulose with more advanced defibration can be produced.
  • the pressure during the defibration treatment is preferably 100 MPa or more, more preferably 120 MPa or more, still more preferably 150 MPa or more.
  • the number of times of defibration treatment is not particularly limited, but is preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more, from the viewpoint of sufficiently advancing defibration.
  • the above-mentioned oxidized cellulose can be sufficiently defibrated by mild stirring with a rotation / revolution stirrer, a vibration type stirrer or the like.
  • the vibration type agitator include a vortex mixer (touch mixer). That is, according to the above-mentioned oxidized cellulose, uniformized nanocellulose can be obtained even when the defibration treatment is performed under mild defibration conditions.
  • the defibration of the cellulose oxide may be an operation of stirring the cellulose oxide to make it finer.
  • the defibration of cellulose oxide is not particularly limited as long as it is an operation for dispersing the components constituting the nanocellulose-containing composition, and for example, a velocity field and velocity fluctuation of arbitrary intensity; collision with inclusions and obstacles; ultrasound. Sound waves; pressure loads; etc. can be used.
  • a liquid disperser can be preferably used for such a dispersion operation.
  • the liquid disperser is not particularly limited, and for example, a homomixer, a magnetic stirrer, a stirring rod, a stirrer with a stirring blade, a disper type mixer, a homogenizer, an external circulation stirrer, a rotating / revolving stirrer, a vibrating stirrer, and the like.
  • a method using an ultrasonic disperser or the like can be mentioned.
  • a rotary shear type agitator, a colloidal mill, a roll mill, a pressure homogenizer, a container-driven mill, a medium agitation mill and the like can be mentioned.
  • a kneader can be used as the liquid disperser.
  • the rotary shear type agitator is a device that disperses by passing an object to be agitated through the gap between the rotary blade and the outer cylinder, and disperses by the shear flow in the gap and the strong velocity fluctuation before and after.
  • a colloid mill is a device that disperses by shear flow in the gap between a rotating disc and a fixed disc. The roll mill disperses by a shearing force and a compressive force utilizing the gap between a plurality of rotating rolls.
  • the pressure homogenizer is used as a disperser that discharges a slurry or the like from a pore at a high pressure, and is also called a pressure injection disperser.
  • a high pressure homogenizer is preferable.
  • the high-pressure homogenizer refers to a homogenizer having an ability to discharge a slurry at a pressure of, for example, 10 MPa or more, preferably 100 MPa or more.
  • Examples of the high-pressure homogenizer include a counter-collision type high-pressure homogenizer such as a microfluidizer and a wet jet mill.
  • the container-driven mill is a device that disperses by collision and friction of a medium such as a ball in the container, and specifically, there are a rotary mill, a vibration mill, a planetary mill, and the like.
  • the medium stirring mill is a device that uses a medium such as a ball or a bead and disperses it by the impact force and the shearing force of the medium. Specific examples thereof include an attritor and a bead mill (sand mill).
  • a kneader is a device that wets powder or the like with a liquid (also called kneading or kneading). Specifically, it is a double-armed kneader (biaxial in two semi-cylindrical containers). (It is a device that disperses by the mixing blades of These devices may be used alone or in combination of two or more.
  • the defibration treatment is preferably carried out in a state where the above-mentioned cellulose oxide is mixed with a dispersion medium.
  • the dispersion medium is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Specific examples of the dispersion medium include water, alcohols, ethers, ketones, cyclic carbonates, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, acetonitrile, dimethylsulfoxide and the like. As the solvent, one of these may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, methyl cellosolve, ethylene glycol, glycerin and the like.
  • ethers include ethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane and tetrahydrofuran.
  • ketone include acetone, methyl ethyl ketone and the like.
  • cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and the like.
  • an organic solvent as a dispersion medium during the defibration treatment, it becomes easy to isolate the oxidized cellulose and the nanocellulose obtained by defibrating the oxidized cellulose. Further, since nanocellulose dispersed in an organic solvent can be obtained, it becomes easy to mix with a resin that dissolves in the organic solvent, a resin raw material monomer, or the like.
  • the nanocellulose dispersion obtained by dispersing the nanocellulose obtained by defibration in a dispersion medium of water and / or an organic solvent can be used for mixing with various components such as resin, rubber, and solid particles. ..
  • vinyl chloride resin examples of the vinyl chloride resin contained in the vinyl chloride resin composition of the present invention include polyvinyl chloride, chlorinated polyvinylidene chloride, polyvinylidene chloride, chlorinated polyethylene, and a copolymer of vinyl chloride and another vinyl monomer. Can be mentioned. Examples of other vinyl monomers include ⁇ -olefins such as ethylene, propylene and butene; vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; vinyl ethers such as butyl vinyl ether and cetyl vinyl ether; acrylic acid, methacrylic acid and the like.
  • Unsaturated carboxylic acids acrylic acid or methacrylic acid esters such as methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, phenyl acrylate, phenyl methacrylate; vinylidene chloride, Vinyl halides other than vinyl chloride such as vinyl fluoride; N-substituted maleimides such as N-phenylmaleimide and N-cyclohexylmaleimide can be mentioned.
  • copolymer examples include vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride-ethylene copolymer, vinyl chloride-propylene copolymer, vinyl chloride-styrene copolymer, and vinyl chloride-isobutylene.
  • Polymer vinyl chloride-vinylidene chloride copolymer, vinyl chloride-styrene-maleic anhydride ternary copolymer, vinyl chloride-styrene-acrylonitrile ternary copolymer, vinyl chloride-butadiene copolymer, vinyl chloride-isoprene Polymers, vinyl chloride-chlorinated propylene copolymers, vinyl chloride-vinylidene chloride-vinyl acetate ternary copolymers, vinyl chloride-maleic acid ester copolymers, vinyl chloride-methacrylic acid ester copolymers, vinyl chloride -Acrylonitrile copolymer, vinyl chloride-various vinyl ether copolymers and the like can be mentioned.
  • the ratio of the vinyl chloride monomer unit in these copolymers is preferably 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, from the viewpoint of strength at high temperature, flexibility at low temperature, and high elasticity. , More preferably 90% by mass or more, still more preferably 95% by mass or more.
  • these polyvinyl chloride resins commercially available products or those prepared according to known methods such as bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization and emulsion polymerization can be used. Further, a rubber-modified vinyl chloride resin such as an acrylic rubber-modified vinyl chloride resin is also included.
  • the vinyl chloride resin may be used alone or in combination of two or more.
  • the average degree of polymerization of the vinyl chloride resin is preferably 500 to 3000, more preferably 500 to 2000, and even more preferably 500 to 1500.
  • the average degree of polymerization of the vinyl chloride resin is 500 or more, the mechanical properties of the obtained molded product tend to be further improved.
  • the average degree of polymerization of the vinyl chloride resin is 3000 or less, the processability of the vinyl chloride resin composition tends to be better.
  • the value of the average degree of polymerization of the vinyl chloride resin is a value obtained by using a manufacturer's catalog, a known Mark-Houwink-Sakurada formula, or the like.
  • the vinyl chloride resin composition of the present invention can be produced, for example, by blending nanocellulose derived from an oxide of a cellulosic raw material with hypochlorous acid or a salt thereof and a vinyl chloride resin, and the production method is as follows. There are no particular restrictions. Further, the vinyl chloride resin composition of the present invention can be produced by using oxidized cellulose containing an oxide of a cellulosic raw material by hypochlorous acid or a salt thereof.
  • the vinyl chloride resin composition containing nanocellulose can be produced by polymerizing the raw material monomer of the vinyl chloride resin in the presence of nanocellulose. That is, one aspect of the present invention is a method for producing a vinyl chloride resin composition containing nanocellulose, which is obtained by stirring the first mixture containing the oxidized cellulose and the raw material monomer of the vinyl chloride resin. A step of obtaining a second mixture containing cellulose and a raw material monomer of a vinyl chloride resin, a step of polymerizing using the second mixture, and the oxidation of the cellulosic raw material by the hypochlorous acid or a salt thereof. It is a manufacturing method including products.
  • the vinyl chloride resin composition containing nanocellulose nanocellulose derived from an oxide of a cellulosic raw material due to hypochlorous acid or a salt thereof is obtained, and the raw material monomer of the vinyl chloride resin is used in the presence of the nanocellulose. It may be produced by polymerization, and by obtaining oxidized cellulose containing an oxide of a cellulosic raw material by hypochloric acid or a salt thereof and polymerizing a raw material monomer of a vinyl chloride resin in the presence of the nanocellulose. It may be manufactured.
  • one aspect of the present invention is a method for producing a vinyl chloride resin composition containing nanocellulose, which comprises a step of polymerizing using a mixture containing nanocellulose and a raw material monomer of vinyl chloride resin.
  • Nanocellulose is a production method containing an oxide of a cellulosic raw material by hypochlorous acid or a salt thereof.
  • one aspect of the present invention is a method for producing a vinyl chloride resin composition containing nanocellulose, wherein the oxidized cellulose is stirred and the raw material monomer of the vinyl chloride resin is continuously added.
  • the method of polymerizing the raw material monomer of the vinyl chloride resin in the presence of nanocellulose is not particularly limited. Emulsion polymerization or suspension polymerization is preferable from the viewpoint of efficiently obtaining a vinyl chloride resin composition.
  • nanocellulose and the above raw material monomer are dispersed in a solvent such as water, and a polymerization initiator is added.
  • a method of heating can be mentioned.
  • the polymerization initiator a general polymerization initiator such as a persulfate, an organic peroxide, or an azo compound can be used, but the persulfate is preferable in terms of excellent polymerization reaction rate and productivity. Ammonium persulfate is more preferable because the obtained resin has excellent water resistance.
  • persulfate examples include ammonium persulfate, potassium persulfate, sodium persulfate and the like.
  • organic peroxide examples include t-butylperoxyneodecanoate, 1,1,3,3-tetramethylbutylperoxyneodecanoate, t-butylhydroperoxide, cumenehydroperoxide, and dicumyl peroxide.
  • azo compound examples include 2,2'-azobis-2,4-dimethylvaleronitrile, 2,2'-azobis-i-butylnitrile, and 2,2'-azobis-4-methoxy-2,4-dimethyl. Valeronitrile and the like can be mentioned.
  • persulfate or peroxide may be used as a redox-based polymerization initiator in combination with the reducing agent sodium bisulfite or sodium ascorbate.
  • an emulsifier may be used in the polymerization reaction.
  • the emulsifier include anionic surfactants such as fatty acid salts, alkyl sulfate ester salts, alkylbenzene sulfonates, alkyl phosphate ester salts, dialkyl sulfosuccinates and partially saponified polyvinyl acetate; polyoxyethylene alkyl ethers and polys.
  • Nonionic surfactants such as oxyethylene fatty acid esters, sorbitanic acid fatty esters and glycerin fatty acid esters; cationic surfactants such as alkylamine salts and the like can be mentioned.
  • These emulsifiers may be used alone or in combination of two or more.
  • the temperature during the polymerization reaction is not particularly limited. For example, it is preferably in the range of 30 ° C to 180 ° C, and more preferably in the range of 50 ° C to 150 ° C.
  • the reaction time of the polymerization reaction is not particularly limited, and is usually in the range of 30 minutes to 48 hours, preferably in the range of 1 hour to 24 hours.
  • the nanocellulose in the production method of the present invention is preferably treated as an aqueous dispersion.
  • the concentration of nanocellulose in the nanocellulose aqueous dispersion is preferably 1% by mass to 40% by mass, more preferably 3% by mass to 20% by mass, and 5% by mass to 15% by mass as the solid content concentration. It is more preferably by mass%.
  • the ratio of nanocellulose to the above-mentioned raw material monomer when polymerizing the raw material monomer of vinyl chloride resin in the presence of nanocellulose is not particularly limited.
  • the amount of the raw material monomer with respect to 100 parts by mass of nanocellulose may be 5 parts by mass to 1000 parts by mass, or 10 parts by mass to 100 parts by mass.
  • the vinyl chloride resin composition containing nanocellulose can also be produced by using a vinyl chloride resin, for example, nanocellulose and a vinyl chloride resin containing an oxide of a cellulosic raw material by hypochlorous acid or a salt thereof. Can be produced by blending. That is, one aspect of the present invention is a method for producing a vinyl chloride resin composition containing nanocellulose, which comprises a step of drying a mixture containing nanocellulose and vinyl chloride resin, wherein the nanocellulose is hypochlorous acid or It is a production method containing an oxide of a cellulosic raw material due to the salt.
  • one aspect of the present invention is a method for producing a vinyl chloride resin composition containing nanocellulose, wherein the first mixture containing oxidized cellulose and vinyl chloride resin is stirred to cause nanocellulose and vinyl chloride resin. It is a production method including a step of obtaining a second mixture containing and, and a step of drying the second mixture, wherein the cellulosic oxide contains an oxide of a cellulosic raw material by hypochlorous acid or a salt thereof. Further, one aspect of the present invention is a method for producing a vinyl chloride resin composition containing nanocellulose, in which the oxidized cellulose is stirred and the vinyl chloride resin is continuously added to obtain the nanocellulose and vinyl chloride.
  • the drying method is not particularly limited, and examples thereof include hot air drying and spray drying.
  • the oxidized cellulose used in the production method of the present invention may be any embodiment of the oxidized cellulose described in the above [nanocellulose], but specifically, it is preferable that the N-oxyl compound is substantially not contained. Further, the degree of polymerization of the oxidized cellulose used in the production method of the present invention is preferably 600 or less.
  • the definition of "substantially free of N-oxyl compound", the definition of the degree of polymerization of oxidized cellulose, its preferred embodiment, and the like are as described in the above-mentioned [Nanocellulose].
  • the nanocellulose used in the production method of the present invention may be any embodiment of the nanocellulose described in the above [nanocellulose].
  • the monomer of the resin described in the above [polyvinyl chloride resin] can be mentioned.
  • the operation is not particularly limited as long as it is an operation for dispersing the components constituting the nanocellulose-containing composition, and for example, it has an arbitrary strength. Velocity field and velocity fluctuation; collision with inclusions and obstacles; ultrasonic waves; pressure load; etc. can be utilized.
  • a liquid disperser can be preferably used for such a dispersion operation. Therefore, in one aspect of the production method of the present invention, stirring is performed by a liquid disperser. Examples of the liquid disperser include those described in the above (step B: defibration treatment).
  • the miniaturization of the oxidized cellulose can be promoted by stirring using such an apparatus, stirring may be performed until the constituent components of the nanocellulose-containing composition are homogenized or emulsified. Thereby, the nanocellulose is uniformly dispersed in the nanocellulose-containing composition, and the nanocellulose-containing composition can be obtained as an emulsion.
  • cellulose oxide is stirred and a vinyl chloride resin or a raw material monomer of a vinyl chloride resin is continuously added. More specifically, one aspect of the production method of the present invention is a production method in which cellulose oxide is stirred to refine at least a part thereof, and then a vinyl chloride resin or a raw material monomer of a vinyl chloride resin is continuously added. ..
  • "continuously” means that at least a part of the oxidized cellulose is refined by stirring and the compound is added in a series.
  • the user of cellulose oxide can obtain nanocellulose by micronizing the cellulose oxide by himself and use it.
  • the vinyl chloride resin composition obtained by the production method of the present invention can be recovered by appropriate post-treatment to obtain a vinyl chloride resin composition.
  • the method of post-treatment is not particularly limited as long as it can recover the vinyl chloride resin composition.
  • a post-treatment of dehydrating the slurry after the reaction and drying it in the range of 30 ° C to 100 ° C for 30 minutes to 48 hours can be mentioned. ..
  • the vinyl chloride resin composition obtained by the production method of the present invention may be used as it is or may be formed into a desired shape (powder, bead, pellet, etc.).
  • the vinyl chloride resin composition may further contain any additive as described above. Therefore, the production method of the present invention may include a step of further adding an additive and kneading the vinyl chloride resin composition obtained by the above production method.
  • the additive used in the production method of the present invention include the additive described in the above ⁇ vinyl chloride resin composition>.
  • the method of kneading the vinyl chloride resin composition and the additive is not particularly limited, and the additive is added to the vinyl chloride resin composition obtained by the above method, and the mixture is preferably heated in the range of 50 ° C to 300 ° C. However, it is preferable to knead.
  • a known kneader can be used for kneading, and for example, a plast mill or the like can be used.
  • the vinyl chloride resin composition kneaded with the additive may be used as it is or may be formed into a desired shape (powder, bead, pellet, etc.).
  • the vinyl chloride resin composition of the present invention can be appropriately molded according to the purpose such as use to produce a molded product.
  • One aspect of the present invention is a molded product made from the vinyl chloride resin composition of the present invention.
  • the use of the molded product of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include known uses of vinyl chloride resin.
  • building materials such as window frames, pipes, rain gutters, deformed molded products, automobile materials, toys, etc. It is useful as a material for miscellaneous goods such as stationery, OA equipment, and home appliances.
  • the vinyl chloride resin composition of the present invention is suitable for window frames.
  • ⁇ Production Example 1> Preparation of Oxidized Cellulose Put 350 g of sodium hypochlorite pentahydrate crystal having an effective chlorine concentration of 42% by mass in a beaker, add pure water and stir to adjust the effective chlorine concentration to 21% by mass. And said. To this, 35% by mass hydrochloric acid was added and stirred to obtain an aqueous sodium hypochlorite solution having a pH of 11. The above sodium hypochlorite aqueous solution is heated to 30 ° C. in a constant temperature water bath while stirring at 200 rpm using a propeller type stirring blade with a stirrer (Three-One Motor, BL600) manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd., and then cellulose.
  • a propeller type stirring blade with a stirrer (Three-One Motor, BL600) manufactured by Shinto Kagaku Co., Ltd.
  • the solid content concentration is determined from the formula of (mass of dried product / mass of dispersion of cellulose oxide) ⁇ 100 from the mass of the dried product obtained by drying the obtained dispersion of cellulose oxide at 110 ° C. for 2 hours. Calculated.
  • the effective chlorine concentration in the sodium hypochlorite aqueous solution was measured by the following method. (Measurement of effective chlorine concentration in sodium hypochlorite aqueous solution) Precisely weigh 0.582 g of an aqueous solution of sodium hypochlorite pentahydrate crystals in pure water, add 50 mL of pure water, add 2 g of potassium iodide and 10 mL of acetic acid, immediately seal and place in the dark for 15 minutes. I left it.
  • Table 1 shows the physical characteristics of the oxidized cellulose of Production Example 1.
  • the fact that the cellulose oxide obtained in Production Example 1 has a structure in which the hydroxyl groups at the 2- and 3-positions of the glucopyranose ring are oxidized and a carboxy group is introduced means that the model molecule of the oxidized cellulose is used as a sample. It was also confirmed from the results of measuring two-dimensional NMR. Further, since there was no change in the spectral data between the cellulosic raw material solid 13 C-NMR and the oxidized cellulose solid 13 C-NMR according to the 6th position, the hydroxyl group at the 6th position was not oxidized. , It was judged that the hydroxyl group remained as a hydroxyl group in the oxidized cellulose.
  • Example 1 After degassing a 25-liter stainless steel polymerization reactor equipped with a jacket and a stirrer, 150 parts of warm water at 40 ° C. and 20 parts of the dispersion liquid of cellulose oxide A (solid content concentration 10%) of Production Example 1 were charged. After that, the temperature inside the polymerization reactor was raised to 30 ° C. by passing warm water through the jacket, and the mixture was stirred at a rotation speed of 9000 rpm for 10 minutes. A part was taken out and it was confirmed that the oxidized cellulose A was defibrated into nanocellulose (also referred to as nanocellulose A) by measuring the light transmittance and the zeta potential.
  • nanocellulose also referred to as nanocellulose A
  • the light transmittance of nanocellulose A was 95.03%, and the zeta potential was ⁇ 42.3 mV.
  • 100 parts of vinyl chloride monomer was charged.
  • the stirring can also be performed in the presence of a vinyl chloride monomer, that is, a mixture containing the vinyl chloride monomer and the dispersion liquid of cellulose oxide A of Production Example 1 is passed through a jacket with warm water to heat the temperature inside the polymerization reactor.
  • a mixture of the vinyl chloride monomer and nanocellulose A was also obtained by raising the temperature to 30 ° C. and stirring at a rotation rate of 9000 rpm for 10 minutes.
  • Example 2 20 parts of the dispersion liquid of cellulose oxide A (solid content concentration 10%) used in Production Example 1 and 150 parts of water were mixed by stirring with a homomixer at a rotation speed of 9000 rpm for 10 minutes. A part was taken out and it was confirmed by measuring the light transmittance and the zeta potential that the oxidized cellulose A was defibrated into nanocellulose (also referred to as nanocellulose A). The light transmittance of nanocellulose A was 95.03%, and the zeta potential was ⁇ 42.3 mV.
  • thermometal soap (NSP-R: manufactured by NI Chemitec Co., Ltd.), which is a metal soap, and a lubricant (Calcol 86: Kao).
  • 1.0 part of stearyl alcohol (manufactured by Co., Ltd.) was mixed and kneaded by heating using a plastic mill.
  • the kneading temperature with a plast mill was 190 ° C., and the kneading time was 2 minutes. Then, it was pressurized at 190 ° C. for 2 minutes using a pressurizing machine to form a flat plate of the kneaded product.
  • the pressure was 10 MPa for the first minute and 15 MPa for the next minute.
  • a test piece having the shape of a No. 3 dumbbell (thickness 4 mm) specified in JIS K 6251: 2010 was prepared. The results of the three-point bending test using this test piece are shown in Table 2.
  • Example 3 The dispersion liquid of cellulose oxide A was changed to the dispersion liquid of cellulose oxide B (solid content concentration 10%), and a mixture of calcium stearate salt and zinc stearate salt using metal soap in Example 1 (manufactured by Sun Ace Co., Ltd.). ), A test piece was prepared in the same manner as in Example 2. The results of the three-point bending test using this test piece are shown in Table 2.
  • Example 4 20 parts of the dispersion of cellulose oxide A was changed to 2 parts of cellulose oxide C (solid content concentration 99%), and a mixture of calcium stearate salt and zinc stearate salt using metal soap in Example 1 (stock). A test piece was prepared in the same manner as in Example 2 except that it was changed to (manufactured by San Ace). The results of the three-point bending test using this test piece are shown in Table 2.
  • various physical properties of nanocellulose were measured by the following methods.
  • Pure water was added to the aqueous dispersion of nanocellulose to dilute the nanocellulose concentration to 0.1%.
  • a 0.05 mol / L sodium hydroxide aqueous solution was added to the diluted nanocellulose aqueous dispersion to adjust the pH to 8.0, and the zeta potential was adjusted to 20 ° C. using a zeta potential meter (ELSZ-1000) manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. Measured at.
  • ELSZ-1000 zeta potential meter
  • test piece was evaluated by the following method.
  • (3-point bending test) A three-point bending test was performed using the test piece. Specifically, the bending test (test speed: 5 mm / min, distance between fulcrums: 30 mm) specified in JIS K 7171: 2016 was performed using the test pieces of Examples 1 to 4 to determine the flexural modulus (MPa). It was measured. A test piece to which cellulose oxide and nanocellose were not added was used as a blank, and a test piece having an improved flexural modulus of 20% or more was designated as ⁇ .
  • coniferous pulp (SIGMA-ALDRICH NIST RM 8495, bleached kraft pulp) is cut into 5 mm squares with scissors and treated with Osaka Chemical's "Wonder Blender WB-1" for 1 minute at 25,000 rpm. Then, it was mechanically defibrated into a cotton-like shape. 0.048 g of TEMPO and 0.3 g of sodium bromide were placed in a beaker, pure water was added and stirred to form an aqueous solution, and 3.0 g of the mechanically defibrated coniferous kraft pulp was added. The above aqueous solution was heated to 25 ° C.
  • a dispersion liquid of oxidized cellulose D ( A solid content concentration of 10%) was obtained in an amount of about 30 g.
  • the amount of carboxy group of cellulose oxide D was 1.55 mmol / g.
  • the nitrogen component derived from the N-oxyl compound in the oxidized cellulose D was measured as the amount of nitrogen using a trace total nitrogen analyzer (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., device name: TN-2100H), and increased from the raw material pulp. As a result of calculating the minute, it was 5 ppm.
  • the vinyl chloride resin composition of the present invention is useful as a material for building materials such as window frames, pipes, rain gutters, deformed molded products, automobile materials, toys, miscellaneous goods such as stationery, OA equipment, home appliances and the like.

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Abstract

本発明は、強度に優れる塩化ビニル樹脂を効率的に得ることを課題とする。前記課題は、ナノセルロース及び塩化ビニル樹脂を含む塩化ビニル樹脂組成物であって、前記ナノセルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物である酸化セルロースに由来し、かつ、N-オキシル化合物を実質的に含まない、塩化ビニル樹脂組成物によって解決することができる。

Description

塩化ビニル樹脂組成物及びその製造方法、並びに成形体
 本発明は、塩化ビニル樹脂組成物及びその製造方法、並びに成形体に関する。
 近年、軽量かつ強度に優れる材料として、補強材を配合して強度を高めた樹脂材料が広く用いられている。補強材としては、炭素繊維やガラス繊維等が一般に使用されている。しかしながら、どちらも燃え難い材料であるためサーマルリサイクルに不向きであるとの問題を有している。また、炭素繊維については価格が高く、ガラス繊維については重いとの問題も有している。
 そこで近年、植物繊維を樹脂の補強材として使用する研究が進められている。植物繊維は、人工的に合成するのではなく、植物由来の繊維をほぐして使用される。植物繊維は、燃焼の際に灰分として殆ど残らないため、焼却炉内の灰分の処理や、埋立て処理等の問題が生じない。このため近年、植物繊維を樹脂の補強材として利用する研究が進められており、特に植物繊維をナノレベルにまで解繊したセルロースナノファイバー(以下、ナノセルロース、微細セルロース繊維、あるいはCNFとも記載する)の利用が研究されている。
 CNFを利用した樹脂材料の一つとして、CNFを含む塩化ビニル樹脂がある。
 例えば、特許文献1には、ポリ塩化ビニル樹脂、微細セルロース繊維又はその改質物、及び可塑剤を含有してなるポリ塩化ビニル樹脂組成物が記載されている。特許文献1のポリ塩化ビニル樹脂組成物は、高温下においても優れた強度を維持することに加えて低温下では柔軟性が損なわれず、かつ、伸縮性にも優れるとされている。
 特許文献2には、ペースト加工用塩化ビニル系樹脂100重量部に対して、微細セルロース繊維0.002~0.9重量部を含有することを特徴とするペースト加工用塩化ビニル系樹脂複合体が記載されている。特許文献2の複合体は、高いチキソトロピー性を示すプラスチゾルとなり、良好な機械的強度を示すペースト塩ビ組成物を得られるとされている。
 特許文献3には、セルロースI型結晶を有し、特定の繰り返し単位を有するセルロース及び/又はその誘導体よりなる繊維の分散液から製造されたセルロース繊維平面構造体若しくはセルロース繊維粒子と、セルロース以外の高分子とを複合化させてなる高分子セルロース複合体を備える構造体、基板、窓材及び車体が開示されている。
 特許文献4には、合成樹脂製中空窓枠の少なくとも一部を塩化ビニル系樹脂及び化学修飾セルロースナノファイバーを主成分とする組成物から形成することが開示されている。ここで、特許文献4において用いられる化学修飾セルロースナノファイバーは、具体的には市販のパルプ由来のセルロースをプロピオニル基で化学修飾したものであり、微細化されたナノセルロースを用いることは具体的に開示されていない。
 特許文献5には、樹脂の改質効果に優れる樹脂改質剤として、有効塩素濃度が14質量%~43質量%である次亜塩素酸又はその塩を酸化剤として用いてセルロース系原料を酸化させて酸化セルロースを得た後、これを解繊して得られるセルロースナノファイバーとエチレン性不飽和単量体の重合体を含む樹脂改質剤が開示されている。しかしながら、特許文献5には、上記のセルロースナノファイバーを塩化ビニル樹脂に含有させたポリ塩化ビニル樹脂組成物は記載されていない。
特開2016-188299号公報 特開2019-172979号公報 特開2009-299043号公報 特開2020-79531号公報 国際公開2020/184177号パンフレット
 上述のとおり、塩化ビニル樹脂はCNFを含むことにより強度を向上させることができる。特許文献1及び2の塩化ビニル樹脂は、TEMPO酸化により得られるCNF(TEMPO酸化CNFとも記載する)を含む。TEMPO酸化CNFは、セルロース系原料を2,2,6,6-テトラアルキルピペリジン-1-オキシル(TEMPO)により酸化した後、高圧ホモジナイザー等の装置を用い強い力を作用させて微細化して得るものである。また、特許文献3において用いられる微細セルロース繊維は、植物由来原料を出発物とし機械解繊及び超音波処理によって得られるものである。このように機械解繊を要するナノセルロースは、生産性が低く、コストも高くなる。そのため、このようなCNFを含む塩化ビニル樹脂についても、生産性が低く、コストが高くなることが課題となっており、強度の高い塩化ビニル樹脂を効率的に得る手段が求められている。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、強度に優れる塩化ビニル樹脂を効率的に得ることを主たる目的とする。
 上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、塩化ビニル樹脂が所定のナノセルロースを含むことにより、強度を高めることができ、また、当該塩化ビニル樹脂は効率的に得られることを見いだいし、本発明を完成するに至った。
 具体的には、本発明は以下の手段を提供する。
[1]
 ナノセルロース及び塩化ビニル樹脂を含む塩化ビニル樹脂組成物であって、
 前記ナノセルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物である酸化セルロースに由来し、かつ、N-オキシル化合物を実質的に含まない、塩化ビニル樹脂組成物。
[2]
 前記ナノセルロースのゼータ電位が、-30mV以下である、[1]に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
[3]
 前記ゼータ電位が、-70mV以上である、[2]に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
[4]
 前記ナノセルロースが固形分濃度として0.1質量%である水混合液における光透過率が、95%以上である、[1]~[3]のいずれかに記載の塩化ビニル樹脂組成物。
[5]
 前記酸化セルロースの重合度が、600以下である、[1]~[4]のいずれかに記載の塩化ビニル樹脂組成物。
[6]
 前記酸化セルロースのカルボキシ基量が、0.10mmol/g以上である、[5]に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
[7]
 前記ナノセルロースの含有量が、塩化ビニル樹脂100質量部に対して、0.5質量部以上20質量部以下である、[1]~[6]のいずれかに記載の塩化ビニル樹脂組成物。
[8]
 さらに金属石鹸を含む、[1]~[7]のいずれかに記載の塩化ビニル樹脂組成物。
[9]
 前記金属石鹸の含有量が、塩化ビニル樹脂100質量部に対して、1質量部以上10質量部以下である、[8]に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
[10]
 前記ナノセルロースが、金属石鹸、アミン、及び四級アンモニウムから選択させる少なくとも一種により変性されたナノセルロース変性体を含む、[1]~[9]のいずれかに記載の塩化ビニル樹脂組成物。
[11]
 [1]~[10]のいずれかに記載の塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
 ナノセルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む混合物を用い、塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合する工程を含む、製造方法。
[12]
 ナノセルロース及び塩化ビニル樹脂を含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
 酸化セルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む第一の混合物を撹拌することにより、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む第二の混合物を得る工程、及び
 第二の混合物を用い、塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合する工程、を含み、
 前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法。
[13]
 ナノセルロース及び塩化ビニル樹脂を含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
 酸化セルロースを撹拌し、連続して塩化ビニル樹脂の原料モノマーを添加することにより、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む混合物を得る工程、及び
 前記混合物を用い、塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合する工程、を含み、
 前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法。
[14]
 前記酸化セルロースが、N-オキシル化合物を実質的に含まない、[12]又は[13]に記載の製造方法。
[15]
 前記酸化セルロースの重合度が、600以下である、[12]~[14]のいずれかに記載の製造方法。
[16]
 前記重合の方法が、乳化重合又は懸濁重合である、[12]~[15]のいずれかに記載の製造方法。
[17]
 前記重合工程の後、さらに金属石鹸を添加して混錬する工程を含む、[12]~[16]のいずれかに記載の製造方法。
[18]
 [1]~[10]のいずれかに記載の塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
 ナノセルロースと塩化ビニル樹脂とを含む混合物を乾燥する工程を含む、製造方法。
[19]
 ナノセルロース及び塩化ビニル樹脂を含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
 酸化セルロースと塩化ビニル樹脂とを含む第一の混合物を撹拌することにより、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂とを含む第二の混合物を得る工程、及び
 第二の混合物を乾燥する工程、を含み、
 前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法。
[20]
 ナノセルロース及び塩化ビニル樹脂を含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
 酸化セルロースを撹拌し、連続して塩化ビニル樹脂を添加することにより、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂とを含む混合物を得る工程、及び
 前記混合物を乾燥する工程、を含み、
 前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法。
[21]
 前記酸化セルロースが、N-オキシル化合物を実質的に含まない、[19]又は[20]に記載の製造方法。
[22]
 前記酸化セルロースの重合度が、600以下である、[19]~[21]のいずれかに記載の製造方法。
[23]
 前記乾燥工程の後、さらに金属石鹸を添加して混錬する工程を含む、[19]~[22]のいずれかに記載の製造方法。
[24]
 [1]~[10]のいずれかに記載の塩化ビニル樹脂組成物を含む、成形体。
[25]
 窓枠用成形体である、[24]に記載の成形体。
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、強度に優れ、また、効率的に得ることができる。
 以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
 本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
 本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
 本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
 本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
 本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
<塩化ビニル樹脂組成物>
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、ナノセルロースを含む。
 上記ナノセルロースは、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物である酸化セルロースに由来し(言い換えると、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物である酸化セルロースの解繊物を含み)、かつ、N-オキシル化合物を実質的に含まない。
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物とは、構成樹脂として塩化ビニル樹脂を主に含む組成物を指す。ここで「構成樹脂として塩化ビニル樹脂を主に含む」とは、組成物を構成する樹脂全量に対する塩化ビニル樹脂の割合が、通常50質量%超過であることを指す。上記割合は、60質量%以上であってもよく、70質量%超過であってもよく、80質量%超過であってもよく、90質量%超過であってもよく、95質量%超過であってもよく、100質量%であってもよい。
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物の形態は、特に制限されず、例えば、粉末状であってもよく、ペレット状であってもよく、塊状であってもよい。
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、粉末、ペレット、あるいは塊をそのまま成形する等して使用してもよい。また、本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、粉末、ペレット、あるいは塊のものを、当該塩化ビニル樹脂組成物と配合する対象の樹脂(以下、原料樹脂ともいう)とを混合して使用してもよい。塩化ビニル樹脂組成物を原料樹脂と配合する場合、当該塩化ビニル樹脂組成物を樹脂改質用組成物ともいう。
 すなわち、本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、そのものを樹脂とする態様も、樹脂改質用組成物の態様も包含する。
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物である酸化セルロースに由来し、かつ、N-オキシル化合物を実質的に含まない、ナノセルロースを含む。本発明におけるナノセルロースは、セルロースを微細化(ナノ化ともいう)したものの総称を表し、微細セルロース繊維やセルロースナノクリスタル等を含み、また、これらの変性体も包含する(変性体の詳細は後述する)。微細セルロース繊維は、セルロースナノファイバー(CNFとも記載する)ともいう。
 本発明におけるナノセルロースは、次亜塩素酸又はその塩によってセルロース系原料を酸化して、酸化セルロース(すなわち、上記セルロース系原料の酸化物に相当する)へと誘導することを経て得られる。この製造方法において得られるナノセルロースは、酸化セルロースが容易に解繊される特性(易解繊性)を発現することができ、大きなエネルギー負荷をかけることなく十分に解繊が進行する。このようなナノセルロースは、低コストで得ることができ効率的に作製できる。そのため、本発明の塩化ビニル樹脂組成物も効率的に得ることができる。
 また、本発明におけるナノセルロースは、分散性が高い。このナノセルロースを塩化ビニル樹脂と複合させると、塩化ビニル樹脂中に均一にナノセルロースが分散した樹脂組成物が得られると考えられる。その結果、強度、具体的には、曲げ弾性率に優れる塩化ビニル樹脂が得られる。
[ナノセルロース]
 本発明におけるナノセルロースは、次亜塩素酸又はその塩によってセルロース系原料を酸化して得られる酸化セルロースを微細化したものである。ここで、上記酸化セルロースは、セルロース系原料の酸化物ともいうことができる。したがって、本発明におけるナノセルロースは、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物に由来する。なお、植物の主成分はセルロースであり、セルロース分子が束になったものがセルロースミクロフィブリルと称される。セルロース系原料中のセルロースもまた、セルロースミクロフィブリルの形態で含まれている。
 本発明におけるナノセルロースは、例えば、有効塩素濃度が7質量%以上43質量%以下の次亜塩素酸又はその塩を用いて、セルロース系原料を酸化させて酸化セルロースを製造する工程と、必要に応じて、該酸化セルロースを解繊処理して微細化させる工程とを有する製造方法により好適に製造することができる。本発明におけるナノセルロースは、例えば、反応系内における次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度を比較的高濃度(例えば、14質量%~43質量%)とした条件でセルロース系原料を酸化し、必要に応じて、その酸化セルロースを解繊することにより得ることがより好適である。
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、ナノセルロースを含むが、酸化セルロースを解繊処理して微細化させたものを配合することによって製造することもでき、塩化ビニル樹脂組成物を調製時に酸化セルロースを原料として用い、調製中に該酸化セルロースを微細化してナノセルロースとすることによって製造することもできる。したがって、塩化ビニル樹脂組成物中のナノセルロースは、適宜の時点で微細化されたものである。
 上記酸化セルロースは、TEMPO等のN-オキシル化合物を用いずに得ることができる。このため、本発明における酸化セルロース及びナノセルロースは、N-オキシル化合物を実質的に含まない。したがって、本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、N-オキシル化合物による環境や人体への影響が十分に低減されており安全性が高い。ここで、本明細書において、酸化セルロース及びナノセルロースが「N-オキシル化合物を実質的に含んでいない」とは、酸化セルロースを製造する際にN-オキシル化合物を用いていない、又は、N-オキシル化合物の含有量が酸化セルロース又はナノセルロースの総量に対して、2.0質量ppm以下であることを意味し、好ましくは1.0質量ppm以下である。また、N-オキシル化合物の含有量が、セルロース系原料からの増加分として、好ましくは2.0質量ppm以下、より好ましくは1.0質量ppm以下である場合も、「N-オキシル化合物を実質的に含まない」ことを意味する。
 N-オキシル化合物の含有量は、公知の手段で測定することができる。公知の手段としては、微量全窒素分析装置を用いる方法が挙げられる。具体的には、酸化セルロース又はナノセルロース中のN-オキシル化合物由来の窒素成分は、微量全窒素分析装置(例えば、三菱ケミカルアナリテック社製、装置名:TN-2100H等)を用いて窒素量として測定することができる。
 上記酸化セルロースは解繊性に優れている。特に、上記酸化セルロースは、温和な条件で解繊処理を行った場合にも均一に微細化することができ、易解繊性に優れている。
 本発明におけるナノセルロースは、後述する[ナノセルロースの製造方法]にて詳細を述べるように次亜塩素酸又はその塩を用いる酸化反応を経て製造することができ、以下のゼータ電位及び光透過率を満たすことが好ましい。ゼータ電位及び光透過率は、ナノセルロースとなっていることの指標とすることもできる。
(ゼータ電位)
 本発明におけるナノセルロースは、ゼータ電位が-30mV以下であることが好ましい。ゼータ電位が-30mV以下(すなわち、絶対値が30mV以上)であると、ミクロフィブリル同士の反発が十分に得られ、解繊されたときに表面電荷密度が高いナノセルロースが生じやすくなる。これにより、ナノセルロースの分散安定性が向上し、スラリーとしたときの粘度安定性、ハンドリング性に優れたものとなる。
 ゼータ電位が-100mV以上(すなわち、絶対値が100mV以下)の場合には、酸化の進行に伴う繊維方向の酸化切断が抑制される傾向にあるため、均一なサイズのナノセルロースを得ることができ、乳化重合又は懸濁重合において、水中でナノセルロースが安定でかつ分散性が高まり、得られた塩化ビニル樹脂組成物にはナノセルロースが均一に含まれる傾向にある。そのため、塩化ビニル樹脂中で凝集が少なく均一に分散して強度が高まる傾向にある。
 上記の観点から、ナノセルロースのゼータ電位は、-35mV以下が好ましく、-40mV以下がより好ましく、-50mV以下がさらに好ましい。また、ゼータ電位の下限については、-90mV以上が好ましく、-85mV以上がより好ましく、-80mV以上がさらに好ましく、-77mV以上がよりさらに好ましく、-70mV以上がさらにより好ましく、-65mV以上がよりさらに好ましい。ゼータ電位の範囲は、既述の下限及び上限を適宜組み合わせることができる。ゼータ電位は、好ましくは-90mV以上-30mV以下であり、より好ましくは-85mV以上-30mV以下であり、さらに好ましくは-80mV以上-30mV以下である、さらにより好ましくは-77mV以上-30mV以下であり、よりさらに好ましくは-70mV以上-30mV以下であり、一層好ましくは-65mV以上-30mV以下であり、より一層好ましくは-65mV以上-35mV以下である。なお、本明細書においてゼータ電位は、ナノセルロースの濃度を0.1質量%とした水分散体につき、pH8.0、20℃の条件で測定した値である。
 具体的には、後述する実施例に記載の条件に従い測定することができる。
(光透過率)
 本発明における繊維幅が細くて凝集物が少ないナノセルロースを分散媒中に分散させたナノセルロース分散体は、ナノセルロースの光散乱等が少なく、高い光透過率を示すことができる。具体的には、本発明におけるナノセルロースは、水と混合して固形分濃度0.1質量%とした混合液における光透過率が95%以上である。当該光透過率は、より好ましくは96%以上であり、さらに好ましくは97%以上である。なお、光透過率は、分光光度計により測定した波長660nmでの値である。
 具体的には、後述する実施例に記載の条件に従い測定することができる。
 上記酸化セルロースの重合度は600以下であることが好ましい。酸化セルロースの重合度が600以下であると、解繊に大きなエネルギーが不要になる傾向にあり、十分な易解繊性を発現することができ、分散性を向上させて、強度が向上する傾向にある。また、酸化セルロースの重合度が600以下であると、解繊が不十分な酸化セルロースが少なくなるため、これを微細化したナノセルロースを分散媒中に分散させた場合に光散乱等が少なくなり、透明度が向上する傾向にある。またさらに、得られるナノセルロースの大きさにばらつきが生じにくく、品質が均一となる傾向がある。このため、ナノセルロースを含むスラリー(以下、「ナノセルロース含有スラリー」ともいう)の粘度が低くなり、またスラリーのハンドリング性が向上する傾向にある。易解繊性の観点からは、酸化セルロースの重合度の下限は特に設定されない。ただし、酸化セルロースの重合度が50以上であると、繊維状というより粒子状のセルロースの割合が少なくなり、スラリーの品質が均一になり粘度が安定になる上に、ナノセルロースの特徴の一つであるチクソ性が得られやすくなる。また、樹脂に添加した際の補強効果が向上する傾向にある。上記の観点から、酸化セルロースの重合度は、50以上600以下の範囲であることが好ましい。
 上記酸化セルロースの重合度は、より好ましくは580以下であり、さらに好ましくは560以下であり、よりさらに好ましくは550以下であり、一層好ましくは500以下であり、より一層好ましくは450以下であり、さらに一層好ましくは400以下である。重合度の下限については、スラリーの粘度安定性及び塗工性を良好にする観点から、より好ましくは60以上であり、さらに好ましくは70以上であり、よりさらに好ましくは80以上であり、一層好ましくは90以上であり、より一層好ましくは100以上であり、さらに一層好ましくは110以上であり、最も好ましくは120以上である。重合度の好ましい範囲は、既述の上限及び下限を適宜組み合わせることにより定めることができる。酸化セルロースの重合度は、より好ましくは60~600であり、さらに好ましくは70~600であり、よりさらに好ましくは80~600であり、さらにより好ましくは80~550であり、一層好ましくは80~500であり、より一層好ましくは80~450であり、特に好ましくは80~400である。
 なお、上記酸化セルロースの重合度は、酸化反応の際の反応時間、反応温度、pH、及び次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度等を変更することにより調整することができる。具体的には、酸化度を高めると重合度が低下する傾向があることから、重合度を小さくするには、例えば酸化の反応時間及び/又は反応温度を大きくする方法が挙げられる。他の方法として、酸化セルロースの重合度は、酸化反応時の反応系の攪拌条件によって調整することができる。例えば、攪拌翼等を用いて反応系を十分に均一化した条件下であれば、酸化反応が円滑に進行し、重合度が低下する傾向がある。一方、スターラーによる攪拌等のように反応系の攪拌が不十分となりやすい条件下では、反応が不均一になりやすく、酸化セルロースの重合度を十分に低減することが難しい。また、酸化セルロースの重合度は、原料セルロースの選択によっても変動する傾向がある。このため、セルロース系原料の選択によって酸化セルロースの重合度を調整することもできる。なお、本明細書において、酸化セルロースの重合度は、粘度法により測定された平均重合度(粘度平均重合度)である。詳細は、後述する実施例に記載の方法に従う。
(カルボキシ基量)
 上記ナノセルロース及び上記酸化セルロースのカルボキシ基量は、0.10mmol/g以上であることが好ましい。当該カルボキシ基量が0.10mmol/g以上であると、酸化セルロースに十分な易解繊性を付与することができる。これにより、温和な条件によって解繊処理を行った場合にも、品質が均一化されたナノセルロース含有スラリーを得ることができ、スラリーの粘度安定性、ハンドリング性を向上させることができる。一方、カルボキシ基量が2.0mmol/g未満であることが好ましい。カルボキシ基量が2.0mmol/g未満であると、解繊時にセルロースが過度に分解することを抑制でき、粒子状のセルロースの比率が少なく品質が均一なナノセルロースを得ることができる。これによって、分散性が向上し、ナノセルロースを含む塩化ビニル樹脂組成物の強度を高めることができると考えられる。こうした観点から、ナノセルロース及び酸化セルロースのカルボキシ基量は、より好ましくは0.35mmol/g以上であり、更に好ましくは0.40mmol/g以上であり、よりさらに好ましくは0.42mmol/g以上であり、さらにより好ましくは0.50mmol/g以上であり、一層好ましくは0.50mmol/g超過であり、より一層好ましくは0.55mmol/g以上であり、さらに一層好ましくは0.60mmol/g以上である。カルボキシ基量の上限については、より好ましくは1.5mmol/g以下であり、さらに好ましくは1.2mmol/g以下であり、よりさらに好ましくは1.0mmol/g以下であり、さらにより好ましくは0.9mmol/g以下である。カルボキシ基量の好ましい範囲は、既述の上限及び下限を適宜組み合わせることにより定めることができる。上記ナノセルロース及び酸化セルロースのカルボキシ基量は、より好ましくは0.35~2.0mmol/gであり、さらに好ましくは0.35~1.5mmol/gであり、よりさらに好ましくは0.40~1.5mmol/gであり、さらにより好ましくは0.50~1.2mmol/gであり、一層好ましくは0.50超過~1.2mmol/gであり、より一層好ましくは0.55~1.0mmol/gである。
 なお、カルボキシ基量(mmol/g)は、ナノセルロース又は酸化セルロースを水と混合した水溶液に0.1M(mol/Lとも記載する)塩酸水溶液を加えてpH2.5にした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、pHが11.0になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が穏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)から下記式を用いて算出した値である。詳細は、後述する実施例に記載の方法に従う。カルボキシ基量は、酸化反応の反応時間、反応温度、反応液のpH等を変更することにより調整することができる。
 カルボキシ基量=a(ml)×0.05/ナノセルロース又は酸化セルロース質量(g)
 本発明における酸化セルロースの平均繊維径は、特に制限されないが、0.1μm以上200μm以下であればよい。
 本発明におけるナノセルロース又は酸化セルロースは、セルロースを構成するグルコピラノース環の水酸基のうち少なくとも2個が酸化された構造を有することが好ましい。より具体的には、グルコピラノース環の第2位及び第3位の水酸基が酸化されてカルボキシ基が導入された構造を有する。また、上記ナノセルロースあるいは酸化セルロースにおけるグルコピラノース環の第6位の水酸基は酸化されず、水酸基のままであることが好ましい。なお、グルコピラノース環におけるカルボキシ基の位置はモデル分子として酸化レーヨンを用いた溶液NMRスペクトルと酸化セルロースの固体13C-NMRスペクトルの比較により解析することができる。
 レーヨンはセルロースと同一の化学構造を持ち、その酸化物(酸化レーヨン)は水溶性である。酸化レーヨンを重水に溶かして溶液一次元13C-NMR測定を行うことで165~185ppmにカルボキシ基に帰属される炭素のピークが観察される。本発明で用いる、原料セルロースを次亜塩素酸又はその塩で酸化して得られた酸化セルロースあるいはナノセルロースの一態様では、このケミカルシフト範囲に2本のシグナルが出現する。さらに、溶液二次元NMR測定によって、カルボキシ基は2位と3位に導入されたものと決定することができる。
 原料セルロースを次亜塩素酸又はその塩で酸化して得られる酸化セルロースあるいはナノセルロースの固体13C-NMRでは、カルボキシ基の導入量が多い場合は165~185ppmに2本のシグナルが出現し、カルボキシ基導入量が少ない場合には非常にブロードなシグナルが出現しうる。酸化レーヨンの結果からわかるように、2位と3位に導入されたカルボキシ基炭素のシグナルは近接しており、分解能の低い固体13C-NMRでは2本のシグナルの分離が不十分となる。よって、カルボキシ基導入量が少ない場合にはブロードなシグナルとして観察される。つまり、固体13C-NMRスペクトルでは、165~185ppmに出現するピークの広がりを評価することで2位と3位にカルボキシ基が導入されていることを確認できる。
 すなわち、固体13C-NMRスペクトルにおける165ppm~185ppmの範囲のピークにベースラインを引いて、全体の面積値を求めた後、ピークトップで面積値を垂直分割して得られる2つのピーク面積値の比率(大きな面積値/小さな面積値)を求め、該ピーク面積値の比率が1.2以上であればブロードなピークであるといえる。
 また、上記ブロードなピークの有無は、165ppm~185ppmの範囲のベースラインの長さLと、上記ピークトップからベースラインへの垂線の長さL’との比によって判断することができる。すなわち、比L’/Lが0.1以上であれば、ブロードなピークが存在すると判断できる。上記比L’/Lは、0.2以上であってもよく、0.3以上であってもよく、0.4以上であってもよく、0.5以上であってもよい。比L’/Lの上限値は特に制限されないが、通常3.0以下あればよく、2.0以下であってもよく、1.0以下であってもよい。
 また、上記グルコピラノース環の構造は、Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 48, 17800-17806に記載の方法に準じて解析することにより決定することもできる。
 本発明におけるナノセルロースは、1本単位の繊維の集合体である。本発明におけるナノセルロースがカルボキシル化ナノセルロースを含む場合、少なくとも1本のカルボキシル化ナノセルロースを含んでいればよく、カルボキシル化ナノセルロースが主成分であることが好ましい。ここでカルボキシル化ナノセルロースが主成分であるとは、ナノセルロース全量に占めるカルボキシル化ナノセルロースの割合が50質量%超過であること、好ましくは70質量%超過であること、より好ましくは80質量%超過であることを指す。上記割合の上限は100質量%であるが、98質量%であってもよく、95質量%であってもよい。
 本発明におけるナノセルロースの平均繊維長は、100nm以上700nm以下であることが好ましい。本発明におけるナノセルロースの平均繊維幅は、2.0nm以上5.0nm以下であることが好ましい。
 ナノセルロースの平均繊維長は100nm以上600nm以下の範囲がより好ましく、100nm以上400nm以下の範囲がさらに好ましい。平均繊維長が700nm以下であると、スラリーが激しく増粘しハンドリングが難しくなる事態を回避できる。また、平均繊維長が100nm以上であると、ナノセルロースの特長である粘性が発現し容易になる。
 ナノセルロースの平均繊維幅は2.0nm以上4.5nm以下の範囲がより好ましく、2.5nm以上4.0nm以下の範囲がより好ましい。平均繊維幅が2.0nm以上であると、ナノセルロースを含む樹脂組成物の強度向上が発現しやすくなる。また、平均繊維幅が5.0nm以下であると、強度向上が発現しやすくなる。
 なお、平均繊維長及び平均繊維幅は、ナノセルロースの濃度が概ね1~10ppmとなるようにナノセルロースと水とを混合し、十分希釈したナノセルロース水分散体をマイカ基材上で自然乾燥させ、走査型プローブ顕微鏡を用いてナノセルロースの形状観察を行い、得られた像より任意の本数の繊維を無作為に選択し、形状像の周囲長÷2=繊維長、形状像の断面高さ=繊維幅とすることにより算出した値である。平均繊維幅及び平均繊維長は、ナノセルロースの水分散体を用いて測定してもよく、ナノセルロースと塩化ビニルモノマーとを含む水分散体を用いて測定してもよい。
 平均繊維長及び平均繊維幅は、具体的には、ナノセルロースの水分散液を純水で例えば1000~1000000倍に希釈し、それをマイカ基材上で自然乾燥させ、オックスフォード・アサイラム製走査型ブローブ顕微鏡「MFP-3D infinity」を用いて、ACモードで、ナノセルロースの形状観察を行うことができる。
 繊維長については、得られた画像を画像処理ソフトウェア「ImageJ」を用いて二値化し解析を行うことができる。繊維100本以上について、繊維長=「周囲長」÷2として平均繊維長を求められる。
 繊維幅については、「MFP-3D infinity」に付属されているソフトウェアを用いて、繊維50本以上について、形状像の断面高さ=繊維幅として平均繊維幅を求められる。
 本発明におけるナノセルロースは、上述のとおり、微細セルロース繊維やセルロースナノクリスタル等を含み、また、これらの変性体も包含する。ここでいうナノセルロースの変性体とは、ナノセルロースが任意の化合物により修飾されたものを指す。ナノセルロースを変性する化合物としては、特に制限されないが、金属石鹸、アミン又は四級アンモニウムを好適に挙げることができる。ナノセルロースの表面のカルボキシ基と任意の化合部とが反応することでナノセルロースが変性され、ナノセルロースの疎水性が向上し、塩化ビニル樹脂に対する親和性が向上すると考えられる。
 上記アミンは、特に制限されず、一級、二級、及び三級のいずれであってもよい。アミン又は四級アンモニウム塩化合物の窒素原子に結合している炭化水素基又は芳香族基の炭素数(窒素原子に炭化水素基又は芳香族基が2つ以上結合している場合は、その合計炭素数)は特に制限されず、炭素数1~100の間から選択してもよい。アミンとしては、具体的には、モノドデシルアミンが挙げられる。アミンとしては、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド(EO/PO)共重合部等のポリアルキレンオキサイド構造を有するものを用いてもよい。ナノセルロースに充分な疎水性を付与する観点からは、炭素数は3以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましい。
 ナノセルロースを変性する四級アンモニウム塩化合物は特に制限されない。四級アンモニウム塩化合物として具体的には、テトラブチルアンモニウム水酸化物等の四級アンモニウム水酸化物、テトラブチルアンモニウム塩化物等の四級アンモニウム塩化物、テトラブチルアンモニウム臭化物等の四級アンモニウム臭化物、テトラブチルアンモニウムヨウ化物等の四級アンモニウムヨウ化物等が考えられる。
 ナノセルロースを変性する金属石鹸としては、特に制限されず、例えば、長鎖脂肪酸のマグネシウム塩、長鎖脂肪酸のカルシウム塩、長鎖脂肪酸の亜鉛塩等の長鎖脂肪酸の金属塩;長鎖脂肪酸のカルシウム塩及び長鎖脂肪酸の亜鉛塩の混合物、及び鉛系金属石鹸が挙げられ、これらの中でも長鎖脂肪酸の金属塩が好ましい。また、長鎖脂肪酸の金属塩としては、長鎖脂肪酸の金属多価塩であることが好ましい。長鎖脂肪酸としては、例えば、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、イソステアリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リシノール酸、オクチル酸、アラキジン酸、アラキドン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、モンタン酸等が挙げられる。金属石鹸としては、ステアリン酸マグネシウムや、ステアリン酸カルシウム塩及びステアリン酸亜鉛塩の混合物や、鉛系熱金属石鹸がより好ましい。これらの金属石鹸は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 金属石鹸としては、上述の金属石鹸を含む市販品を用いてもよく、市販品としては、例えば、サンエース製のRZ-161、RZ-162、MDZ-CP-102、FTZ-111、SCI-HSA-M1、SAK-CS-P、SAK-CS-G、SAK-CS-P-1/USP、SAK-CS-PPT、SAK-CS-GPT-1、SAK-CS-POF、SAK-CS-PLB、SAK-CS-PC、SAK-ZS-P、SAK-ZS-TB、SAK-ZS-PLB500、SAK-ZS-TPS、SAK-ZS-TBPS、SAK-MS-P、SAK-MS-P/USP、SCI-HCS、SCI-HCS-SG、SCI-HCS-AB、SCI-HZS、SCI-HMS、SCI-ZNB、SAK-NAS-P、SAK-KS-CP、SAK-ZL-P、SCI-LIS、FerricStearate83X、堺化学工業のLHR-200シリーズ、LHR-300シリーズ、LHR-400シリーズ、日東化成工業のHT-シリーズ、PSLシリーズ、SRシリーズ、TRシリーズ等が挙げられる。
 ナノセルロースの変性体は、例えば、任意の化合物と反応させた酸化セルロースを微細化することにより得ることができる。具体的には、セルロース系原料を次亜塩素酸又はその塩により得られた酸化セルロースを含む水分散体に酸、好ましくは塩酸を添加してカルボキシ基をH型とし、さらに任意の化合物を添加し、必要に応じて分散媒を除去することにより、酸化セルロースの変性体を得て、適宜微細化することによりナノセスロースの変性体を得ることができる。
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物におけるナノセルロースの含有量は、塩化ビニル樹脂100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上20質量部以下であり、より好ましくは0.5質量部以上15質量部以下であり、さらに好ましくは0.5質量部以上10質量部以下である。ナノセルロースの含有量が0.5質量部以上20質量部以下であることにより、塩化ビニル樹脂の強度がより向上する傾向にある。
 また、塩化ビニル樹脂組成物には、さらに任意の添加剤を任意の含有量で含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、前記の金属石鹸、滑剤、ゲル化性改良剤、帯電防止剤、熱安定剤、安定化助剤、加工助剤、充填剤、酸化防止剤、光安定剤、顔料等を、本発明の目的を損なわない範囲で適宜配合することができ、また可塑剤も必要に応じ適宜使用することができる。
 滑剤としては、特に制限されず、例えば、ステアリルアルコール等が挙げられる。
[ナノセルロースの製造方法]
 次に、ナノセルロースの製造方法について説明する。本発明におけるナノセルロースは、セルロース系原料を次亜塩素酸又はその塩で酸化して酸化セルロースを得る工程Aと、必要に応じて酸化セルロースを解繊する工程Bとを含む方法により製造することができる。
 本発明におけるナノセルロースは、工程Bを行うことなく得ることもできる。すなわち、本発明におけるナノセルロースは、次亜塩素酸又はその塩によりセルロース系原料を酸化し、前記酸化の後、解繊処理を実質的に行うことなく、ナノセルロースを得る工程を含む製造方法によっても製造することもできる。
 また、本発明におけるナノセルロースは、塩化ビニル樹脂又は塩化ビニル樹脂の原料モノマーの存在下で酸化セルロースを解繊する方法によっても得られる。すなわち、塩化ビニル樹脂の製造中にナノセルロースとしてもよい。
(工程A:酸化セルロースの製造)
 セルロース系原料は、セルロースを主体とする材料であれば特に限定されず、例えば、パルプ、天然セルロース、再生セルロース、及びセルロースを機械的処理することにより解重合した微細セルロース等が挙げられる。セルロース系原料としては、パルプを原料とする結晶セルロース等の市販品をそのまま使用することができる。その他、おからや大豆皮等、セルロース成分を多量に含む未利用バイオマスを原料としてもよい。また、使用する酸化剤を原料パルプの中に浸透しやすくする目的で、予めセルロース系原料を適度な濃度のアルカリで処理してもよい。
 セルロース系原料の酸化に使用される次亜塩素酸又はその塩としては、次亜塩素酸水、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸カルシウム、及び次亜塩素酸アンモニウム等が挙げられる。これらの中でも、取り扱いやすさの点から、次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。
 セルロース系原料の酸化により酸化セルロースを製造する方法としては、セルロース系原料と、次亜塩素酸又はその塩を含む反応液とを混合する方法が挙げられる。反応液に含まれる溶媒は、取り扱いやすい点や副反応が生じにくい点で、水が好ましい。反応液における次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度は、14~43質量%であることが好ましい。反応液の有効塩素濃度が上記範囲であると、酸化セルロース中のカルボキシ基量を十分に多くでき、解繊を容易に行うことができる。
 酸化セルロースのカルボキシ基量を十分に多くする観点から、反応液の有効塩素濃度は、より好ましくは15質量%以上であり、さらに好ましくは18質量%以上であり、よりさらに好ましくは20質量%以上である。また、解繊時にセルロースが過度に分解することを抑制する観点から、反応液の有効塩素濃度は、より好ましくは40質量%以下であり、さらに好ましくは38質量%以下である。反応液の有効塩素濃度の範囲は、既述の下限及び上限を適宜組み合わせることができる。当該有効塩素濃度の範囲は、より好ましくは16~43質量%であり、さらに好ましくは18~40質量%である。
 なお、次亜塩素酸又はその塩の有効塩素濃度は、以下のように定義される。次亜塩素酸は水溶液として存在する弱酸であり、次亜塩素酸塩は、次亜塩素酸の水素が他の陽イオンに置換された化合物である。例えば、次亜塩素酸塩である次亜塩素酸ナトリウムは溶媒中(好ましくは水溶液中)に存在するため、次亜塩素酸ナトリウムの濃度ではなく、溶液中の有効塩素量として濃度が測定される。ここで、次亜塩素酸ナトリウムの有効塩素について、次亜塩素酸ナトリウムの分解により生成する2価の酸素原子の酸化力が1価の塩素の2原子当量に相当するため、次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)の結合塩素原子は、非結合塩素(Cl2)の2原子と同じ酸化力を持ち、有効塩素=2×(NaClO中の塩素)となる。測定の具体的な手順としては、まず試料を精秤し、水、ヨウ化カリウム及び酢酸を加えて放置し、遊離したヨウ素についてデンプン水溶液を指示薬としてチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定し有効塩素濃度を測定する。
 次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化反応は、pHを5.0~14.0の範囲に調整しながら行うとよい。この範囲であると、セルロース系原料の酸化反応を十分に進行させることができ、酸化セルロース中のカルボキシ基量を十分に多くすることができる。これにより、酸化セルロースの解繊を容易に行うことができる。反応系のpHは、より好ましくは7.0以上であり、さらに好ましくは8.0以上である。反応系のpHの上限については、より好ましくは13.5以下であり、さらに好ましくは13.0以下である。また、反応系のpHの範囲は、より好ましくは7.0~14.0であり、さらに好ましくは8.0~13.5である。
 以下、次亜塩素酸又はその塩として次亜塩素酸ナトリウムを用いる場合を例にして、酸化セルロースを製造する方法についてさらに説明する。
 次亜塩素酸ナトリウムを用いてセルロース系原料の酸化を行う場合、反応液は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液であることが好ましい。次亜塩素酸ナトリウム水溶液の有効塩素濃度を目的とする濃度(例えば、目的濃度:14質量%~43質量%)に調整する方法としては、目的濃度よりも有効塩素濃度の低い次亜塩素酸ナトリウム水溶液を濃縮する方法、目標濃度よりも有効塩素濃度の高い次亜塩素酸ナトリウム水溶液を希釈する方法、及び次亜塩素酸ナトリウムの結晶(例えば、次亜塩素酸ナトリウム5水和物)を溶媒に溶解する方法等が挙げられる。これらの中でも、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を希釈する方法、又は次亜塩素酸ナトリウムの結晶を溶媒に溶解する方法により酸化剤としての有効塩素濃度に調整することが、自己分解が少なく(すなわち、有効塩素濃度の低下が少なく)、有効塩素濃度の調整が簡便であるため好ましい。
 セルロース系原料と次亜塩素酸ナトリウム水溶液とを混合する方法は特に限定されないが、操作の容易性の観点から、次亜塩素酸ナトリウム水溶液にセルロース系原料を加えて混合することが好ましい。
 セルロース系原料の酸化反応を効率良く進行させるために、酸化反応中は、セルロース系原料と次亜塩素酸ナトリウム水溶液との混合液を撹拌しながら行うことが好ましい。撹拌の方法としては、例えば、マグネチックスターラー、撹拌棒、撹拌翼付き撹拌機(スリーワンモータ)、ホモミキサー、ディスパー型ミキサー、ホモジナイザー、外部循環撹拌等が挙げられる。これらのうち、セルロース系原料の酸化反応が円滑に進行し、酸化セルロースの重合度を所定値以下に調整しやすい点で、ホモミキサー及びホモジナイザー等のせん断式撹拌機、撹拌翼付き撹拌機、並びにディスパー型ミキサーのうち1種又は2種以上を用いる方法が好ましく、攪拌翼付き撹拌機を用いる方法が特に好ましい。撹拌翼付き撹拌機を用いる場合、撹拌機としては、プロペラ翼、パドル翼、タービン翼等の公知の撹拌翼を備える装置を使用することができる。また、撹拌翼付き撹拌機を用いる場合、回転速度50~300rpmにて撹拌を行うことが好ましい。
 酸化反応における反応温度は、15℃~100℃であることが好ましく、20℃~90℃であることがさらに好ましい。反応中は、酸化反応によりセルロース系原料にカルボキシ基が生成することに伴い反応系のpHが低下する。このため、酸化反応を効率良く進行させる観点から、アルカリ剤(例えば、水酸化ナトリウム等)又は酸(例えば、塩酸等)を反応系中に添加し、反応系のpHを上記好ましい範囲に調整することが好ましい。酸化反応の反応時間は、酸化の進行の程度に従って設定することができるが、15分~50時間程度とすることが好ましい。反応系のpHを10以上とする場合には、反応温度を30℃以上及び/又は反応時間を30分以上に設定することが好ましい。
 なお、酸化反応の反応時間、反応温度、撹拌条件等を調整することにより、ナノセルロースのゼータ電位及び光透過率を所望の値に調整することができる。具体的には、反応時間を長くする、及び/又は反応温度を高くするに従って、セルロース系原料中のセルロースミクロフィブリル表面への酸化が進行し、静電的反発や浸透圧によりフィブリル間の反発が強まることにより平均繊維幅がより小さくなり、これにより光透過率が高くなる傾向がある。また、酸化をより進行させる側(すなわち、酸化度合いを高くする側)に酸化の反応時間、反応温度及び撹拌条件の1つ以上を設定する(例えば、反応時間を長くする)ことによってゼータ電位を高くできる傾向がある。
 上記反応により得られた酸化セルロースを含む溶液を用いて、ろ過等の公知の単離処理を行い、さらに必要に応じて精製することにより、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物として酸化セルロースを得ることができる。なお、上記反応により得られた酸化セルロースを含む溶液をそのまま解繊処理に供してもよい。
 本発明におけるナノセルロースの製造方法は、上述のとおり、次亜塩素酸又はその塩を用いてセルロース系原料を酸化し、前記酸化の後、解繊処理を実質的に行うことなく、ナノセルロースを得る工程を含んでもよい。本明細書において、「解繊処理を実質的に行わない」とは、酸化の後に、得られた酸化セルロースを単離し、当該酸化セルロースに対して機械解繊装置等を用いて微細化する工程を行わないことを意味する。
 酸化反応の反応時間は、長いほど解繊が進行する傾向にある。反応時間が長いほど、セルロース系原料中のセルロースミクロフィブリル表面への酸化が一層進行し、静電的反発や浸透圧によりフィブリル間の反発が強まることにより、微細化が進行、特に平均繊維幅がより小さくなると考えられる。
 解繊処理することなく酸化によってナノセルロースを得る観点から、酸化反応の反応時間は、30分以上とすることが好ましい。酸化反応の反応時間は、解繊をより進行させる観点から、より好ましくは2時間以上、さらに好ましくは3時間以上である。酸化反応の反応時間の上限は、特に制限されず、適宜調整すればよい。反応時間の上限は、通常15日以下であり、10日以下であってもよく、7日以下であってもよい。反応時間の上限は、生産性の観点からは、好ましくは30時間以下、より好ましくは20時間以下である。
 酸化反応の際のセルロース系原料の濃度は、酸化反応時の撹拌をしやすくするといった作業性向上の観点及び解繊を進行させる観点から、酸化反応時の反応混合物全量に対して、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下である。酸化反応の際のセルロース系原料の濃度の下限は、通常0.1質量%以上であればよく、生産性の観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、さらに好ましくは3質量%以上である。酸化反応の際のセルロース系原料の濃度は、好ましくは0.1質量%以上30質量%以下の範囲であり、より好ましくは1質量%以上20質量%以下の範囲であり、さらに好ましくは1質量%以上10質量%以下の範囲である。
 解繊処理を実質的に行わない場合、セルロース系原料を酸化した後、当該酸化反応を停止するための処理を行うことが好ましい。酸化反応を停止する処理としては、特に制限されないが、例えば、酸や金属触媒を添加する方法が挙げられる。また、次亜塩素酸又はその塩を還元する方法が好適に挙げられる。酸化反応を停止する処理としては、具体的には、亜硫酸ナトリウム等の還元剤を添加する方法が挙げられる。還元剤の添加量は、次亜塩素酸又はその塩の量(有効塩素濃度)に応じて適宜調整すればよい。
 解繊処理を実質的に行わない場合、セルロース系原料を酸化した後に、解繊処理をせずに、適宜後処理を行うことによりナノセルロースを得ることができる。
 本発明の製造方法では、酸化により得られた溶液を用いて、ろ過等の公知の固液分離を必要に応じて行うことが好ましい。したがって、本発明の製造方法の一態様は、次亜塩素酸又はその塩を用いてセルロース系原料を酸化し、前記酸化の後、解繊処理を実質的に行うことなく、得られた反応混合物を必要に応じて固液分離して、ナノセルロースを含む分散液を得る工程を含む。ここでいう固液分離とは、固形分と液相とを分離する操作を意味し、ナノセルロースを含む分散液が液相に相当する。
 本発明のこの一態様において、固液分離を行うことがより好ましい。固液分離を行うことにより、微細化されていない酸化セルロースを固形分として回収することができる。この微細化されていない酸化セルロース(すなわち、固液分離による固形分)は、再利用してさらに酸化反応を行うか、解繊処理の工程に供して微細化してもよい。
 解繊処理を実質的に行わない場合、得られた反応混合物を必要に応じて固液分離し、ナノセルロースを含む分散液を得て、必要に応じてこの分散液を精製してもよい。
 精製の方法は、分散液中のナノセルロース以外の不純物を除く手段であれば特に制限されない。不純物としては、酸化反応等に由来する塩成分や、酸化反応が過度に進行した結果として得られる粒子状のセルロース、可溶成分等が挙げられる。精製の具体的な方法としては、一般的な手法、例えば、透析チューブに分散液を入れて不純物を水などに抜き出す方法や、電気透析、各種のクロマトグラフィー(分配クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー等のクロマトグラフィー)等が挙げられる。
(工程B:解繊処理)
 本発明におけるナノセルロースは、上記で得られた酸化セルロースを解繊して微細化することにより得てもよい。酸化セルロースを解繊する方法としては、マグネチックスターラー等を用いた弱い撹拌による方法、機械的解繊による方法等が挙げられる。
 機械的解繊の方法としては、例えば、スクリュー型ミキサー、パドルミキサー、ディスパー型ミキサー、タービン型ミキサー、高速回転下でのホモミキサー、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、二重円筒型ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、水流対抗衝突型分散機、ビーター、ディスク型リファイナー、コニカル型リファイナー、ダブルディスク型リファイナー、グラインダー、一軸又は多軸混錬機、自転公転撹拌機、振動型撹拌機等の各種混合・撹拌装置による方法が挙げられる。これらの装置を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用し、好ましくは分散媒中で酸化セルロースを処理することにより、酸化セルロースを微細化してナノセルロースを製造することができる。
 酸化セルロースの解繊は、解繊がより進んだナノセルロースを製造できる点で、超高圧ホモジナイザーによる方法を用いてもよい。超高圧ホモジナイザーによる解繊処理を適用する場合、解繊処理時の圧力は、好ましくは100MPa以上であり、より好ましくは120MPa以上であり、さらに好ましくは150MPa以上である。解繊処理回数は特に限定されないが、解繊を十分に進行させる観点から、好ましくは2回以上、より好ましくは3回以上である。また、上記酸化セルロースは、自転公転撹拌機及び振動型撹拌機等による温和な撹拌によっても十分に解繊できる。振動型撹拌機としては、例えば、ボルテックスミキサー(タッチミキサー)が挙げられる。すなわち、上記酸化セルロースによれば、温和な解繊条件により解繊処理を行った場合にも、均一化されたナノセルロースを得ることができる。
 酸化セルロースの解繊は、酸化セルロースを撹拌して微細化する操作であってもよい。酸化セルロースの解繊は、ナノセルロース含有組成物を構成する成分を分散させる操作であれば特に制限されず、例えば、任意の強度の速度場と速度変動;介在物や障害物への衝突;超音波;圧力負荷;等を利用することができる。このような分散させる操作には、液中分散機を好適に用いることができる。
 液中分散機としては、特に限定されず、例えば、ホモミキサー、マグネチックスターラー、撹拌棒、撹拌翼付き撹拌機、ディスパー型ミキサー、ホモジナイザー、外部循環撹拌、自転公転撹拌機、振動型撹拌機、超音波分散機等を用いる方法が挙げられる。また、液中分散機としては、上述した装置の他、回転せん断型撹拌機、コロイドミル、ロールミル、圧力式ホモジナイザー、容器駆動型ミル、媒体撹拌ミル等も挙げることができる。さらに、液中分散機としては、ニーダーを用いることができる。
 回転せん断型撹拌機とは、回転翼と外筒との間隙へ撹拌対象物を通すことにより分散する装置であり、間隙でのせん断流れと前後の強度な速度変動により分散する。
 コロイドミルは、回転ディスクと固定ディスクとの間の間隙でのせん断流れにより分散する装置である。ロールミルは、複数の回転するロール間の間隙を利用したせん断力と圧縮力により分散する。
 圧力式ホモジナイザーとは、細孔から高圧でスラリー等を吐出する分散機として用いられ、圧力噴射式分散器とも呼ばれる。上記圧力式ホモジナイザーとしては、高圧ホモジナイザーが好ましい。高圧ホモジナイザーとは、例えば10MPa以上、好ましくは100MPa以上の圧力でスラリーを吐出できる能力を有するホモジナイザーをいう。高圧ホモジナイザーとしては、例えば、マイクロフルイダイザー、湿式ジェットミル等の対向衝突型高圧ホモジナイザーが挙げられる。
 容器駆動型ミルは、容器内中のボール等の媒体の衝突、摩擦により分散する装置であり、具体的には、回転ミル、振動ミル、及び遊星ミル等がある。媒体撹拌ミルは、ボールやビーズ等の媒体を用い、媒体の衝撃力とせん断力により分散する装置であり、具体的には、アトライター及びビーズミル(サンドミル)等がある。
 ニーダーとは、粉体等を液体でぬらす操作(ニーディングあるいは捏和ともいう)を行う装置であり、具体的には、双腕型捏和機(2つの半円柱形の容器内で二軸の混合翼によって分散する装置である);バンバリーミキサー(密閉系、加圧下で分散する装置である);スクリュー押し出し機、コニーダー、エクストルーダー等の押出型捏和機;等がある。
 これらの装置は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 解繊処理は、好ましくは上記酸化セルロースを分散媒と混合した状態で行われる。当該分散媒としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。分散媒の具体例としては、水、アルコール類、エーテル類、ケトン類、環状カーボネート類、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、及びジメチルスルホキサイド等が挙げられる。溶媒としては、これらのうちの1種を単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。
 上記分散媒のうち、アルコール類としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、メチルセロソルブ、エチレングリコール及びグリセリン等が挙げられる。エーテル類としては、エチレングリコールジメチルエーテル、1,4-ジオキサン及びテトラヒドロフラン等が挙げられる。ケトン類としては、アセトン及びメチルエチルケトン等が挙げられる。環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられる。
 解繊処理の際に分散媒として有機溶剤を使用することにより、酸化セルロース及びこれを解繊して得られるナノセルロースの単離が容易となる。また、有機溶剤中に分散したナノセルロースが得られるため、有機溶剤に溶解する樹脂やその樹脂原料モノマー等との混合が容易となる。解繊して得られたナノセルロースを、水及び/又は有機溶剤の分散媒に分散させたナノセルロース分散液は、樹脂やゴム、固体粒子等の各種成分との混合等に使用することができる。
[塩化ビニル樹脂]
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物に含まれる塩化ビニル樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、塩化ビニルと他のビニルモノマーとの共重合体等を挙げることができる。
 他のビニルモノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン等のα-オレフィン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類;ブチルビニルエーテル、セチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;アクリル酸、メタクリル酸等の不飽和カルボン酸類;アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸フェニル等のアクリル酸またはメタクリル酸のエステル類;塩化ビニリデン、フッ化ビニル等の塩化ビニル以外のハロゲン化ビニル類;N-フェニルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド等のN-置換マレイミド類等が挙げられる。
 上記共重合体としては、具体的には、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル-エチレン共重合体、塩化ビニル-プロピレン共重合体、塩化ビニル-スチレン共重合体、塩化ビニル-イソブチレン共重合体、塩化ビニル-塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル-スチレン-無水マレイン酸三元共重合体、塩化ビニル-スチレン-アクリロニトリル三元共重合体、塩化ビニル-ブタジエン共重合体、塩化ビニル-イソプレン共重合体、塩化ビニル-塩素化プロピレン共重合体、塩化ビニル-塩化ビニリデン-酢酸ビニル三元共重合体、塩化ビニル-マレイン酸エステル共重合体、塩化ビニル-メタクリル酸エステル共重合体、塩化ビニル-アクリロニトリル共重合体、塩化ビニル-各種ビニルエーテル共重合体等を挙げることができる。これら共重合体中の塩化ビニルモノマーユニットの比率は、高温下での強度、低温下での柔軟性、高伸縮性の観点から、好ましくは60質量%以上であり、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上である。
 これらのポリ塩化ビニル樹脂は、市販品や塊状重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合等の公知の方法に従って調製したものを用いることができる。また、アクリル系ゴム変性塩化ビニル樹脂の如きゴム変性塩化ビニル樹脂も含まれる。
 塩化ビニル樹脂は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 塩化ビニル樹脂の平均重合度は、500~3000が好ましく、500~2000がより好ましく、500~1500がさらに好ましい。塩化ビニル樹脂の平均重合度が500以上であることにより、得られる成形体の機械特性がより向上する傾向にある。一方、塩化ビニル樹脂の平均重合度が3000以下であることにより、塩化ビニル樹脂組成物の加工性がより良好となる傾向にある。
 塩化ビニル樹脂の平均重合度の値は、メーカーのカタログ、又は、公知のMark-Houwink-桜田の式等を用いて得られる値である。
<ポリ塩化ビニル樹脂組成物の製造方法>
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、例えば、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物に由来するナノセルロースと塩化ビニル樹脂とを配合することによって製造することができ、製造方法は特に制限されない。また、本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む酸化セルロースを用いることによって製造することができる。
 ナノセルロースを含む塩化ビニル樹脂組成物は、ナノセルロースの存在下で塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合することによって製造することができる。
 すなわち、本発明の態様の一つは、ナノセルロースを含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、酸化セルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む第一の混合物を撹拌することにより、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む第二の混合物を得る工程、第二の混合物を用い、重合する工程を含み、前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法である。
 また、ナノセルロースを含む塩化ビニル樹脂組成物は、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物に由来するナノセルロースを入手して当該ナノセルロースの存在下で塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合することによって製造してもよく、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む酸化セルロースを入手して当該ナノセルロースの存在下で塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合することによって製造してもよい。
 すなわち、本発明の態様の一つは、ナノセルロースを含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む混合物を用い、重合する工程を含み、前記ナノセルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法である。また、本発明の態様の一つは、ナノセルロースを含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、前記酸化セルロースを撹拌し、連続して塩化ビニル樹脂の原料モノマーを添加することにより、前記ナノセルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む混合物を得る工程、前記混合物を用い、重合する工程を含み、前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法。
 ナノセルロースの存在下で塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合させる方法は、特に制限されない。塩化ビニル樹脂組成物を効率的に得る観点から、乳化重合又は懸濁重合が好ましい。
 ナノセルロースの存在下で塩化ビニル樹脂の原料モノマーを乳化重合又は懸濁重合により重合させる方法としては、水等の溶媒中にナノセルロースと上記原料モノマーを分散させ、重合開始剤を添加した状態で加熱する方法が挙げられる。
 重合開始剤としては、過硫酸塩、有機過酸化物、アゾ化合物等の一般的な重合開始剤を使用することができるが、重合反応率及び生産性に優れる点で過硫酸塩が好ましく、得られた樹脂が耐水性に優れる点で過硫酸アンモニウムがより好ましい。
 過硫酸塩としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等が挙げられる。
 有機過酸化物としては、例えば、t-ブチルパーオキシネオデカノエイト、1,1,3,3-テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、t-ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、カプロイルペルオキシド、ジ-i-プロピルペルオキシジカルボナト、ジ-2-エチルヘキシルペルオキシジカルボナト、t-ブチルペルオキシビバラト、2,2-ビス(4,4-ジ-t-ブチルペルオキシシクロヘキシル)プロパン、2,2-ビス(4,4-ジ-t-アミルペルオキシシクロヘキシル)プロパン、2,2-ビス(4,4-ジ-t-オクチルペルオキシシクロヘキシル)プロパン、2,2-ビス(4,4-ジ-α-クミルペルオキシシクロヘキシル)プロパン、2,2-ビス(4,4-ジ-t-ブチルペルオキシシクロヘキシル)ブタン、2,2-ビス(4,4-ジ-t-オクチルペルオキシシクロヘキシル)ブタン等が挙げられる。
 アゾ化合物としては、例えば、2,2’-アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリル、2,2’-アゾビス-i-ブチルニトリル、2,2’-アゾビス-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル等が挙げられる。
 上記の過硫酸塩や過酸化物は、還元剤である亜硫酸水素ナトリウムやアスコルビン酸ナトリウムと組み合わせて、レドックス系重合開始剤としてもよい。
 また、重合反応においては、乳化剤を用いてもよい。乳化剤としては、例えば、脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルリン酸エステル塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、部分鹸化ポリ酢酸ビニル等のアニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン酸脂肪エステル、グリセリン脂肪酸エステル等のノニオン性界面活性剤;アルキルアミン塩等のカチオン性界面活性剤等が挙げられる。これらの乳化剤は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 重合反応時の温度は、特に制限されない。例えば、30℃~180℃の範囲であることが好ましく、50℃~150℃の範囲であることがより好ましい。重合反応の反応時間は特に制限されず、通常30分~48時間の範囲であり、好ましくは1時間~24時間の範囲である。
 本発明の製造方法におけるナノセルロースは、水分散液として扱われることが好ましい。ナノセルロース水分散液中のナノセルロースの濃度は、固形分濃度として、1質量%~40質量%であることが好ましく、3質量%~20質量%であることがより好ましく、5質量%~15質量%であることがさらに好ましい。
 ナノセルロースの存在下で塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合させる際のナノセルロースと上記原料モノマーの割合は、特に制限されない。例えば、ナノセルロース100質量部に対する原料モノマーの量を5質量部~1000質量部としてもよく、10質量部~100質量部としてもよい。
 ナノセルロースを含む塩化ビニル樹脂組成物は、塩化ビニル樹脂を用いることによっても製造することができ、例えば、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含むナノセルロースと塩化ビニル樹脂とを配合することによって製造することができる。すなわち、本発明の一態様は、ナノセルロースを含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂含む混合物を乾燥する工程を含み、前記ナノセルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法である。
 また、本発明の一態様は、ナノセルロースを含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、酸化セルロースと塩化ビニル樹脂とを含む第一の混合物を撹拌することにより、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂とを含む第二の混合物を得る工程、第二の混合物を乾燥する工程を含み、前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法である。
 さらに、本発明の一態様は、ナノセルロースを含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、前記酸化セルロースを撹拌し、連続して塩化ビニル樹脂を添加することにより、前記ナノセルロースと塩化ビニル樹脂とを含む混合物を得る工程、前記混合物を乾燥する工程を含み、前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法である。
 ここで乾燥方法としては特に限定されないが、例えば、熱風乾燥、及び噴霧乾燥等が挙げられる。
 本発明の製造方法において用いられる酸化セルロースは、前記[ナノセルロース]にて述べた酸化セルロースの態様であればよいが、具体的には、N-オキシル化合物を実質的に含まないことが好ましい。また、本発明の製造方法において用いられる酸化セルロースの重合度は、600以下であることが好ましい。ここで「N-オキシル化合物を実質的に含まない」ことの定義や、酸化セルロースの重合度の定義及びその好適な態様等は、前記[ナノセルロース]にて述べたとおりである。
 本発明の製造方法において用いられるナノセルロースは、前記[ナノセルロース]にて述べたナノセルロースの態様であればよい。
 本発明の製造方法において用いられる塩化ビニル樹脂の原料モノマーは、前記[ポリ塩化ビニル樹脂]にて述べた樹脂のモノマーを挙げることができる。
 本発明の製造方法において、酸化セルロースを撹拌して少なくとも一部を微細化する際には、ナノセルロース含有組成物を構成する成分を分散させる操作であれば特に制限されず、例えば、任意の強度の速度場と速度変動;介在物や障害物への衝突;超音波;圧力負荷;等を利用することができる。このような分散させる操作には、液中分散機を好適に用いることができる。したがって、本発明の製造方法の一態様は、撹拌が液中分散機により行われる。
 液中分散機としては、前記(工程B:解繊処理)にて述べたものが挙げられる。
 このような装置を用いた撹拌により酸化セルロースの微細化を進めることができるが、ナノセルロース含有組成物の構成成分が均一化や乳化されるまで撹拌を行ってもよい。これにより、ナノセルロース含有組成物中にナノセルロースが均一に分散し、また、ナノセルロース含有組成物を乳化物として得ることもできる。
 本発明の製造方法において、酸化セルロースを撹拌し、連続して塩化ビニル樹脂又は塩化ビニル樹脂の原料モノマーが添加される。より詳細には、本発明の製造方法の一態様は、酸化セルロースを撹拌し少なくとも一部を微細化し、その後、連続して塩化ビニル樹脂又は塩化ビニル樹脂の原料モノマーが添加される製造方法である。ここで、「連続して」とは、撹拌による少なくとも一部の酸化セルロースの微細化と配合物の添加を一連で行うことを意味する。撹拌と配合物の添加を一連で行う具体的な態様としては、例えば、酸化セルロースを撹拌して微細化することと、少なくとも1種の配合物を添加することをワンポットで操作する態様;酸化セルロースの撹拌を行いながら、同時に少なくとも1種の配合物を添加する態様;等が挙げられるが、これらに限定されない。このように、酸化セルロースの使用者は、酸化セルロースを自身で微細化してナノセルロースを得てそれを使用することができる。
 本発明の製造方法により得られる塩化ビニル樹脂組成物は、適宜、後処理をすることにより回収して塩化ビニル樹脂組成物として得られる。後処理の方法としては、塩化ビニル樹脂組成物を回収できる方法であれば特に制限されない。例えば、ナノセルロースの存在下で塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合する方法の場合、反応後のスラリーを脱水して例えば30℃~100℃の範囲で30分~48時間乾燥する後処理が挙げられる。本発明の製造方法により得られる塩化ビニル樹脂組成物は、そのままの状態で用いても、所望の形状(粉末状、ビーズ状、ペレット状等)に成形してもよい。
 また、塩化ビニル樹脂組成物には、上述したようにさらに任意の添加剤を含んでいてもよい。したがって、本発明の製造方法は、上記の製造方法により得られた塩化ビニル樹脂組成物に、さらに添加剤を添加して混錬する工程を含んでいてもよい。本発明の製造方法に用いられる添加剤としては、前記<塩化ビニル樹脂組成物>にて述べた、添加剤を挙げることができる。
 塩化ビニル樹脂組成物と添加剤との混錬の方法は特に制限されず、上記の方法により得られた塩化ビニル樹脂組成物に添加剤を添加し、好ましくは50℃~300℃の範囲で加熱しながら、混錬することが好ましい。混錬には、公知の混錬機を用いることができ、例えば、プラストミル等を用いることができる。添加剤と共に混錬された塩化ビニル樹脂組成物は、そのままの状態で用いても、所望の形状(粉末状、ビーズ状、ペレット状等)に成形してもよい。
<成形品>
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、用途等の目的に応じて適宜成形し、成形品を作製することができる。本発明の態様の一つは、本発明の塩化ビニル樹脂組成物より作製された、成形品である。本発明の成形品の用途は、特に制限されず、例えば、塩化ビニル樹脂の公知の用途が挙げられるが、例えば、窓枠等の建材、パイプ、雨樋、異型成形品、自動車材料、玩具、文房具等の雑貨、OA機器、家電機器等の材料として有用である。これらの中でも、本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、窓枠用が好適である。
 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、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、以下において、特に断らない限り、「部」は「質量部」を意味し、「%」は「質量%」を意味する。
<製造例1>酸化セルロースの調製
 ビーカーに、有効塩素濃度が42質量%である次亜塩素酸ナトリウム5水和物結晶を350g入れ、純水を加えて撹拌し、有効塩素濃度を21質量%とした。そこへ、35質量%塩酸を加えて撹拌し、pH11の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を得た。
 上記次亜塩素酸ナトリウム水溶液を新東科学社製の撹拌機(スリーワンモータ、BL600)にてプロペラ型撹拌羽根を使用して200rpmで撹拌しながら恒温水浴にて30℃に加温した後、セルロース系原料として、ティーディーアイ社の粉末パルプ(VP-1)を50g加えた。
 セルロース系原料を供給後、同じ恒温水槽で30℃に保温しながら、48質量%水酸化ナトリウムを添加しながら反応中のpHを11に調整して、2時間、撹拌機にて同条件で撹拌を行った。
 反応終了後、遠心分離(1000G、10分間)及びデカンテーション、除いた液に相当する量の純水を追加、を繰り返すことにより、酸化セルロースAの分散液(固形分濃度10%)を回収した。
 ここで、固形分濃度は、得られた酸化セルロースの分散液を110℃で2時間乾燥して乾燥物の質量から、(乾燥物の質量/酸化セルロースの分散液の質量)×100の式から算出した。
 なお、次亜塩素酸ナトリウム水溶液中の有効塩素濃度は以下の方法により測定した。
(次亜塩素酸ナトリウム水溶液中の有効塩素濃度の測定)
 次亜塩素酸ナトリウム5水和物結晶を純水に加えた水溶液0.582gを精密に量り、純水50mLを加え、ヨウ化カリウム2g及び酢酸10mLを加え、直ちに密栓して暗所に15分間放置した。15分間の放置後、遊離したヨウ素を0.1mol/Lチオ硫酸ナトリウム溶液(溶液ファクター1.000)で滴定した結果(指示薬 デンプン試液)、滴定量は34.55mLであった。別に空試験を行い補正し、0.1mol/Lチオ硫酸ナトリウム溶液1mLが3.545mgClに相当するので、次亜塩素酸ナトリウム水溶液中の有効塩素濃度は21質量%であった。
<製造例2>
 製造例1で得られた酸化セルロースAを含む分散液36.9gに0.5mol/L塩酸0.52gを添加して撹拌し、セルロースナノファイバーAを沈殿させた。ここにモノドデシルアミン0.034g(エタノール5gを含む、以下同様)と純水4.13gを加えて撹拌、濾過、純水10gで洗浄しながら濾過をこの順に実施して、酸化セルロースをモノドデシルアミンと反応させた酸化セルロースBの分散液(固形分濃度10%)を得た。
<製造例3>
 製造例1で得られた酸化セルロースAを含む分散液100gに、予めステアリン酸マグネシウム(脂肪酸金属多価塩)0.4部を2-プロパノール100mLに溶解し、30分間攪拌した溶液を添加し、その後、業務用(家庭用)ミキサーで攪拌し、エバポレータで粉末状になるまで溶媒を除去して酸化セルロースC(固形分濃度99%)を得た。
 製造例1の酸化セルロースの物性を表1に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
 酸化セルロースの各種物性は以下の方法により測定した。
(カルボキシ基量の測定)
 酸化セルロースの濃度を0.5質量%に調整した酸化セルロース水分散体60mlに、0.1mol/L塩酸水溶液を加えてpH2.5にした後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、pHが11.0になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が穏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、下記式を用いてカルボキシ基量(mmol/g)を算出した。
 カルボキシ基量=a(ml)×0.05/酸化セルロースの質量(g)
(粘度平均重合度の測定)
 pH10に調整した水素化ホウ素ナトリウム水溶液に酸化セルロースを加え、25℃で5時間、還元処理を行った。水素化ホウ素ナトリウム量は、酸化セルロース1gに対して0.1gとした。還元処理後、吸引ろ過にて固液分離、水洗を行い、得られた酸化セルロースを凍結乾燥させた。純水10mlに乾燥させた酸化セルロース0.04gを加えて2分間撹拌した後、1mol/L銅エチレンジアミン溶液10mlを加えて溶解させた。その後、キャピラリー型粘度計にて25℃でブランク溶液の流下時間とセルロース溶液の流下時間測定した。ブランク溶液の流下時間(t0)とセルロース溶液の流下時間(t)、酸化セルロースの濃度(c[g/ml])から次式のように相対粘度(ηr)、比粘度(ηsp)、固有粘度([η])を順次求め、粘度測の式から酸化セルロースの重合度(DP)を計算した。
 ηr=η/η0=t/t0
 ηsp=ηr-1
 [η]=ηsp/(100×c(1+0.28ηsp))
 DP=175×[η]
 製造例1で得られた酸化セルロースを凍結乾燥させた後、23℃、50%RHで24時間以上放置した試料の固体13C-NMRを測定した結果、いずれもグルコピラノース環の第2位及び第3位の水酸基が酸化されてカルボキシ基が導入された構造を有することが確認された。固体13C-NMRの測定条件を以下に示す。
(1)試料管:ジルコニア製管(4mm径)
(2)磁場強度:9.4T(1H共鳴周波数:400MHz)
(3)MAS回転数:15kHz
(4)パルスシーケンス:CPMAS法
(5)コンタクトタイム:3ms
(6)待ち時間:5秒
(7)積算回数:10000~15000回
(8)測定装置:JNM ECA-400(日本電子社製)
 また、製造例1で得られた酸化セルロースが、グルコピラノース環の第2位及び第3位の水酸基が酸化されてカルボキシ基が導入された構造を有することは、当該酸化セルロースのモデル分子を試料とし、二次元NMRを測定した結果からも確認された。
 また、第6位に係る、セルロース系原料の固体13C-NMRと、酸化セルロースの固体13C-NMRとのスペクトルデータの変化が見られなかったことから、第6位の水酸基は酸化されず、酸化セルロースにおいて水酸基のままであると判断した。
[実施例1]
 ジャケット及び攪拌機を備えた内容量25リットルのステンレス鋼製重合反応器を脱気したのち40℃の温水150部と製造例1の酸化セルロースAの分散液(固形分濃度10%)を20部仕込んだのち、ジャケットに温水を通じて重合反応器内温を30℃まで昇温し、1分間当たり9000回転の回転速度で10分間攪拌した。一部分を取り出して酸化セルロースAは解繊されてナノセルロース(ナノセルロースAとも記載する)となったことを光透過率及びゼータ電位の測定で確認した。ナノセルロースAの光透過率は、95.03%であり、ゼータ電位は、-42.3mVであった。続いて塩化ビニルモノマー100部を仕込んだ。なお、上記撹拌は、塩化ビニルモノマーの存在下で行うこともでき、すなわち、塩化ビニルモノマーと製造例1の酸化セルロースAの分散液とを含む混合物を、ジャケットに温水を通じて重合反応器内温を30℃まで昇温し、1分間当たり9000回転の回転速度で10分間攪拌することによっても、塩化ビニルモノマーとナノセルロースAとの混合物が得られた。
 次いで、鹸化度約80モル%、平均重合度約2000の部分鹸化ポリ酢酸ビニル0.1部、t-ブチルパーオキシネオデカノエイト0.03部、1,1,3,3-テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート0.01部を仕込み、重合温度57℃で約6時間重合した。重合反応器内の未反応モノマーを回収したのち重合反応器を冷却し、スラリーを払い出した。得られたスラリーを脱水して熱風乾燥機にて55℃で24時間乾燥し、塩化ビニル樹脂/ナノセルロースAの複合体を白色粉末として得た。
 次いで、得られた塩化ビニル樹脂/ナノセルロースAの複合体100部に対し、金属石鹸であるCa-Zn系金属石鹸としてステアリン酸カルシウム塩とステアリン酸亜鉛塩の混合物(株式会社サンエース製)3部、滑剤(カルコール86:花王(株)製、ステアリルアルコール)1.0部を配合しプラストミルを用いて加熱混練した。プラストミルによる混練温度は190℃とし、混練時間は2分間とした。その後、加圧機を用いて190℃で2分間加圧し、混練物を平板状とした。圧力は最初の1分を10MPa、次の1分を15MPaとした。得られた平板状の混練物を用いてJIS K 6251:2010に規定する3号ダンベル(厚さ4mm)形状の試験片を作製した。この試験片を用いた3点曲げ試験の結果を表2に記す。
[実施例2]
 製造例1で用いた酸化セルロースAの分散液(固形分濃度10%)を20部と水150部をホモミキサーで1分間当たり9000回転の回転速度で10分間攪拌して混ぜ合わせた。一部分を取り出して酸化セルロースAは解繊されてナノセルロース(ナノセルロースAとも記載する)となったことを光透過率及びゼータ電位測定で確認した。ナノセルロースAの光透過率は、95.03%であり、ゼータ電位は、-42.3mVであった。
 そのナノセルロースAの水分散液に市販の塩化ビニル系樹脂パウダー(平均粒子径:1.4μm、重合度:1000)100部を加えて撹拌機で1分間当たり200回転の回転速度で6時間攪拌した。
 それを回転円盤式のスプレードライヤーを用い、熱風温度110℃、出口温度50℃で噴霧乾燥し、塩化ビニル重合樹脂/ナノセルロースAの複合体を白色粉末として得た。
 次いで得られた塩化ビニル重合樹脂/ナノセルロースAの複合体100部に対し、金属石鹸である鉛系熱金属石鹸(NSP-R:NIケミテック(株)製)3部、滑剤(カルコール86:花王(株)製、ステアリルアルコール)1.0部を配合しプラストミルを用いて加熱混練した。プラストミルによる混練温度は190℃とし、混練時間は2分間とした。その後、加圧機を用いて190℃で2分間加圧し、混練物を平板状とした。圧力は最初の1分を10MPa、次の1分を15MPaとした。得られた平板状の混練物を用いてJIS K 6251:2010に規定する3号ダンベル(厚さ4mm)形状の試験片を作製した。この試験片を用いた3点曲げ試験の結果を表2に記す。
[実施例3]
 酸化セルロースAの分散液を酸化セルロースBの分散液(固形分濃度10%)に変えたことと、金属石鹸を実施例1で用いたステアリン酸カルシウム塩とステアリン酸亜鉛塩の混合物(株式会社サンエース製)に替えたこと以外は、実施例2と同様に試験片を作製した。この試験片を用いた3点曲げ試験の結果を表2に記す。
[実施例4]
 20部の酸化セルロースAの分散液を2部の酸化セルロースC(固形分濃度99%)に変えたことと、金属石鹸を実施例1で用いたステアリン酸カルシウム塩とステアリン酸亜鉛塩の混合物(株式会社サンエース製)に変えたこと以外は、実施例2と同様に試験片を作製した。この試験片を用いた3点曲げ試験の結果を表2に記す。
 本実施例において、ナノセルロースの各種物性は以下の方法により測定した。
(ゼータ電位測定)
 ナノセルロースの水分散体に純水を加えて、ナノセルロースの濃度が0.1%になるように希釈した。希釈後のナノセルロースの水分散体に、0.05mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpH8.0に調整して、大塚電子社製ゼータ電位計(ELSZ-1000)によりゼータ電位を20℃で測定した。
(光透過率測定)
 ナノセルロースの水分散体に純水を加えて、ナノセルロースの濃度が0.1%になるように希釈した。希釈後のナノセルロースの水分散体を10mm厚の石英セルに入れて、分光光度計(JASCO V-550)により波長660nmの光透過率を測定した。
 本実施例において、試験片の物性は以下の方法により評価した。
(3点曲げ試験)
 試験片を用いて3点曲げ試験を行った。具体的には、実施例1~4の試験片を用いてJIS K 7171:2016に規定する曲げ試験(試験速度:5mm/分、支点間距離:30mm)を行い、曲げ弾性率(MPa)を測定した。酸化セルロース並びにナノセロースを未添加の試験片をブランクとして曲げ弾性率が20%以上向上したものを〇とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
[参考例]
 セルロース系原料として、針葉樹パルプ(SIGMA-ALDRICH社 NIST RM 8495,bleached kraft pulp)を5mm角にハサミで切断し、大阪ケミカル社製「ワンダーブレンダー WB-1」にて、25,000rpmで1分間処理して、綿状に機械解繊した。
 TEMPOを0.048g及び臭化ナトリウムを0.3gビーカーに入れ、純水を加えて撹拌して水溶液とし、上記機械解繊した針葉樹クラフトパルプを3.0g加えた。
 上記水溶液をスターラーで撹拌しながら恒温水浴にて25℃に加温した後、0.1mol/L水酸化ナトリウムを加えて撹拌し、pH10.0の水溶液とした。そこへ、有効塩素濃度13.2質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液7.74gを加え、同じ恒温水槽で25℃に保温した状態で、0.1mol/L水酸化ナトリウムを添加しながら反応中のpHを10.0に調整して、120分間スターラーで撹拌を行った。
 反応終了後、目開き0.1μmのPTFE製メンブランフィルターを使用して、吸引ろ過により生成物を固液分離して得られたろ過上物に、純水を加えて酸化セルロースDの分散液(固形分濃度10%)を約30g得た。酸化セルロースDのカルボキシ基量は1.55mmol/gであった。また酸化セルロースD中のN-オキシル化合物由来の窒素成分を、微量全窒素分析装置(三菱ケミカルアナリテック社製、装置名:TN-2100H)を用いて窒素量として測定し、原料パルプからの増加分を算出した結果、5ppmであった。得られた酸化セルロースDに水150部をホモミキサーで1分間当たり9000回転の回転速度で10分間攪拌して混ぜ合わせた。その一部分を取り出して直ちに光透過率を測定したところ光透過率は60%未満であった。それを1日放置したところ上澄み液が確認された。
 すなわち、参考例における酸化セルロースは解繊性が低く、塩化ビニルに配した場合には異物となり、外観不良や強度低下の恐れがあることから塩化ビニル樹脂の製造には適さないことが明らかとなった。
 本発明の塩化ビニル樹脂組成物は、例えば、窓枠等の建材、パイプ、雨樋、異型成形品、自動車材料、玩具、文房具等の雑貨、OA機器、家電機器等の材料として有用である。
 

Claims (25)

  1.  ナノセルロース及び塩化ビニル樹脂を含む塩化ビニル樹脂組成物であって、
     前記ナノセルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物である酸化セルロースに由来し、かつ、N-オキシル化合物を実質的に含まない、塩化ビニル樹脂組成物。
  2.  前記ナノセルロースのゼータ電位が、-30mV以下である、
    請求項1に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
  3.  前記ゼータ電位が、-70mV以上である、
    請求項2に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
  4.  前記ナノセルロースが固形分濃度として0.1質量%である水混合液における光透過率が、95%以上である、
    請求項1~3のいずれか一項に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
  5.  前記酸化セルロースの重合度が、600以下である、
    請求項1~4のいずれか一項に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
  6.  前記酸化セルロースのカルボキシ基量が、0.10mmol/g以上である、
    請求項5に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
  7.  前記ナノセルロースの含有量が、塩化ビニル樹脂100質量部に対して、0.5質量部以上20質量部以下である、
    請求項1~6のいずれか一項に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
  8.  さらに金属石鹸を含む、
    請求項1~7のいずれか一項に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
  9.  前記金属石鹸の含有量が、塩化ビニル樹脂100質量部に対して、1質量部以上10質量部以下である、
    請求項8に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
  10.  前記ナノセルロースが、金属石鹸、アミン、及び四級アンモニウムから選択させる少なくとも一種により変性されたナノセルロース変性体を含む、
    請求項1~9のいずれか一項に記載の塩化ビニル樹脂組成物。
  11.  請求項1~10のいずれか一項に記載の塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
     ナノセルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む混合物を用い、塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合する工程を含む、製造方法。
  12.  ナノセルロース及び塩化ビニル樹脂を含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
     酸化セルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む第一の混合物を撹拌することにより、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む第二の混合物を得る工程、及び
     第二の混合物を用い、塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合する工程、を含み、
     前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法。
  13.  ナノセルロース及び塩化ビニル樹脂を含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
     酸化セルロースを撹拌し、連続して塩化ビニル樹脂の原料モノマーを添加することにより、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂の原料モノマーとを含む混合物を得る工程、及び
     前記混合物を用い、塩化ビニル樹脂の原料モノマーを重合する工程、を含み、
     前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法。
  14.  前記酸化セルロースが、N-オキシル化合物を実質的に含まない、
    請求項12又は13に記載の製造方法。
  15.  前記酸化セルロースの重合度が、600以下である、
    請求項12~14のいずれか一項に記載の製造方法。
  16.  前記重合の方法が、乳化重合又は懸濁重合である、
    請求項12~15のいずれか一項に記載の製造方法。
  17.  前記重合工程の後、さらに金属石鹸を添加して混錬する工程を含む、
    請求項12~16のいずれか一項に記載の製造方法。
  18.  請求項1~10のいずれか一項に記載の塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
     ナノセルロースと塩化ビニル樹脂とを含む混合物を乾燥する工程を含む、製造方法。
  19.  ナノセルロース及び塩化ビニル樹脂を含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
     酸化セルロースと塩化ビニル樹脂とを含む第一の混合物を撹拌することにより、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂とを含む第二の混合物を得る工程、及び
     第二の混合物を乾燥する工程、を含み、
     前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法。
  20.  ナノセルロース及び塩化ビニル樹脂を含む塩化ビニル樹脂組成物の製造方法であって、
     酸化セルロースを撹拌し、連続して塩化ビニル樹脂を添加することにより、ナノセルロースと塩化ビニル樹脂とを含む混合物を得る工程、及び
     前記混合物を乾燥する工程、を含み、
     前記酸化セルロースが、次亜塩素酸又はその塩によるセルロース系原料の酸化物を含む、製造方法。
  21.  前記酸化セルロースが、N-オキシル化合物を実質的に含まない、
    請求項19又は20に記載の製造方法。
  22.  前記酸化セルロースの重合度が、600以下である、
    請求項19~21のいずれか一項に記載の製造方法。
  23.  前記乾燥工程の後、さらに金属石鹸を添加して混錬する工程を含む、
    請求項19~22のいずれか一項に記載の製造方法。
  24.  請求項1~10のいずれか一項に記載の塩化ビニル樹脂組成物を含む、成形体。
  25.  窓枠用成形体である、請求項24に記載の成形体。
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