JP6997128B2 - 繊維状セルロース複合樹脂及びその製造方法、並びに樹脂の補強材 - Google Patents
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Description
繊維状セルロース及び液状の分散剤の混合物と、樹脂とを含み、
前記繊維状セルロースの一部又は全部として微細繊維を含み、
前記分散剤がカルボキシ酸類及びグリセリン類の少なくともいずれか一方であり、
前記混合物は乾燥後に粉砕した平均粒子径が500μm以下の粉状物で、
前記微細繊維がセルロースナノファイバーで、
前記分散剤の混合量が前記セルロースナノファイバー100質量部に対して1~100
質量部であり、
前記セルロースナノファイバーのパルプ粘度が1.0~10.0cpsで、かつ前記粉状物の嵩比重が0.05~1.0である、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂。
前記セルロースナノファイバーが平均繊維径100nm以下である、
請求項1に記載の繊維状セルロース複合樹脂。
前記セルロースナノファイバーの結晶化度が95~50%である、
請求項1又は請求項2に記載の繊維状セルロース複合樹脂。
前記混合物及び前記樹脂は溶融混練されており、
この混練の際の前記混合物の水分率が30%以下である、
請求項1~3のいずれか1項に記載の繊維状セルロース複合樹脂。
繊維状セルロースのスラリーに液状の分散剤を混合して混合物とし、この混合物を乾燥及び粉砕して粉状物としてから樹脂と混練するものとし、
前記繊維状セルロースの一部又は全部として微細繊維を使用し、
前記分散剤としてカルボキシ酸類及びグリセリン類の少なくともいずれか一方を使用し、
前記粉状物は平均粒子径500μm以下にし、
前記微細繊維としてセルロースナノファイバーを使用し、
前記分散剤の混合量を前記セルロースナノファイバー100質量部に対して1~100質量部とし、
前記セルロースナノファイバーとしてパルプ粘度が1.0~10.0cpsのものを使用し、かつ前記粉状物の嵩比重を0.05~1.0とする、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。
前記セルロースナノファイバーとして平均繊維径100nm以下のセルロースナノファイバーを使用する、
請求項5に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。
熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の補強材であり、
繊維状セルロース及び液状の分散剤の混合物で、
前記繊維状セルロースの一部又は全部として微細繊維を含み、
前記分散剤がカルボキシ酸類及びグリセリン類の少なくともいずれか一方で、
前記混合物は乾燥後に粉砕した平均粒子径が500μm以下の粉状物で、
前記微細繊維がセルロースナノファイバーで、
前記分散剤の混合量が前記セルロースナノファイバー100質量部に対して1~100質量部であり、
前記セルロースナノファイバーのパルプ粘度が1.0~10.0cpsで、かつ前記粉状物の嵩比重が0.05~1.0である、
ことを特徴とする樹脂の補強材。
本形態の繊維状セルロースは、その一部又は全部として微細繊維を含む。微細繊維としては、セルロースナノファイバー及びミクロフィブリル化セルロースの少なくともいずれか一方を、好ましくは、セルロースナノファイバーを含む。
まず、固形分濃度0.01~0.1質量%のセルロースナノファイバーの水分散液100mlをテフロン(登録商標)製メンブレンフィルターでろ過し、エタノール100mlで1回、t-ブタノール20mlで3回溶媒置換する。次に、凍結乾燥し、オスミウムコーティングして試料とする。この試料について、構成する繊維の幅に応じて3,000倍~30,000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡SEM画像による観察を行う。具体的には、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に三本引く。さらに、この三本の直線と交錯する合計100本の繊維の幅を目視で計測する。そして、計測値の中位径を平均繊維径とする。
本形態においては、微細繊維として、セルロースナノファイバーに換えて、好ましくはセルロースナノファイバーと共にミクロフィブリル化セルロースを使用する。
微細繊維を含む繊維状セルロースは、必要により、水系媒体中に分散して分散液(スラリー)にする。水系媒体は、全量が水であるのが特に好ましいが、一部が水と相溶性を有する他の液体である水系媒体も使用することができる。他の液体としては、炭素数3以下の低級アルコール類等を使用することができる。
繊維状セルロースのスラリーには、分散剤を混合する。分散剤としては、カルボキシ酸類及びグリセリン類の少なくともいずれか一方を使用するのが好ましく(分散剤A)、水酸基、カルボキシ基、及びアミン基の中から選択された少なくともいずれか1種以上の官能基を有するものを使用するのがより好ましい(分散剤B)。また、メラミン、尿素燐酸化澱粉、カルバミン酸澱粉、レシチン、及びカゼインの中から選択された少なくともいずれか1種以上を使用するのが特に好ましい(分散剤C)。以上の分散剤A~Cは、乾燥した微細繊維同士の水素結合を阻害するため、乾燥物の再分散性が向上する。また、分散剤B,Cは、微細繊維及び樹脂の相溶性を向上させる役割を有する。この点で、分散剤B,Cは、相溶剤ということもできる。さらに、分散剤Cは、セルロースと樹脂の両方と馴染み易く、樹脂の補強効果をさらに向上できる。
繊維状セルロース及び分散剤の混合物は、樹脂と混練するに先立って乾燥及び粉砕して粉状物(乾燥物)にするのが好ましい。この形態によると、樹脂との混練に際して繊維状セルロースを乾燥させる必要がなく、熱効率が良い。また、混合物に分散剤が混合されているため、当該混合物を乾燥したとしても、微細繊維が再分散しなくなるおそれが低い。
繊維水分率(%)=[(乾燥前質量-乾燥後質量)÷乾燥前質量]×100
樹脂組成物には、以上の微細繊維やパルプ等のほか、ケナフ、ジュート麻、マニラ麻、サイザル麻、雁皮、三椏、楮、バナナ、パイナップル、ココヤシ、トウモロコシ、サトウキビ、バガス、ヤシ、パピルス、葦、エスパルト、サバイグラス、麦、稲、竹、各種針葉樹(スギ及びヒノキ等)、広葉樹及び綿花などの各種植物体から得られた植物材料に由来する繊維を含ませることもでき、含まれていてもよい。
混合物及び樹脂の混練物は、必要により再度混練する等した後、所望の形状に成形することができる。この成形の大きさや厚さ、形状等は、特に限定されず、例えば、シート状、ペレット状、粉末状、繊維状等とすることができる。
まず、原料パルプ(LBKP:水分98質量%)をナイヤガラビーターで2時間30分予備叩解した。次いで、石臼型分散機(増幸産業社の「スーパーマスコロイダー」)で解繊処理を2回施し、セルロースナノファイバー(繊維)の水分散液(濃度2質量%)を得た。この水分散液に含まれるセルロースナノファイバーは、レーザー回折を用いた粒度分布測定の疑似粒度分布において1つのピークを有し、保水度は350%以上であった。
各セルロースナノファイバー複合樹脂を曲げ試験片に成形し、この成形物について曲げ弾性率を調べた。曲げ弾性率は、JIS K7171:2008に準拠して測定した。
樹脂自体の曲げ弾性率を1とし、アップ率=各セルロースナノファイバー複合樹脂の曲げ弾性率/樹脂自体の曲げ弾性率とした。
Claims (7)
- 繊維状セルロース及び液状の分散剤の混合物と、樹脂とを含み、
前記繊維状セルロースの一部又は全部として微細繊維を含み、
前記分散剤がカルボキシ酸類及びグリセリン類の少なくともいずれか一方であり、
前記混合物は乾燥後に粉砕した平均粒子径が500μm以下の粉状物で、
前記微細繊維がセルロースナノファイバーで、
前記分散剤の混合量が前記セルロースナノファイバー100質量部に対して1~100質量部であり、
前記セルロースナノファイバーのパルプ粘度が1.0~10.0cpsで、かつ前記粉状物の嵩比重が0.05~1.0である、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂。 - 前記セルロースナノファイバーが平均繊維径100nm以下である、
請求項1に記載の繊維状セルロース複合樹脂。 - 前記セルロースナノファイバーの結晶化度が95~50%である、
請求項1又は請求項2に記載の繊維状セルロース複合樹脂。 - 前記混合物及び前記樹脂は溶融混練されており、
この混練の際の前記混合物の水分率が30%以下である、
請求項1~3のいずれか1項に記載の繊維状セルロース複合樹脂。 - 繊維状セルロースのスラリーに液状の分散剤を混合して混合物とし、この混合物を乾燥及び粉砕して粉状物としてから樹脂と混練するものとし、
前記繊維状セルロースの一部又は全部として微細繊維を使用し、
前記分散剤としてカルボキシ酸類及びグリセリン類の少なくともいずれか一方を使用し、
前記粉状物は平均粒子径500μm以下にし、
前記微細繊維としてセルロースナノファイバーを使用し、
前記分散剤の混合量を前記セルロースナノファイバー100質量部に対して1~100質量部とし、
前記セルロースナノファイバーとしてパルプ粘度が1.0~10.0cpsのものを使用し、かつ前記粉状物の嵩比重を0.05~1.0とする、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。 - 前記セルロースナノファイバーとして平均繊維径100nm以下のセルロースナノファイバーを使用する、
請求項5に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。 - 熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の補強材であり、
繊維状セルロース及び液状の分散剤の混合物で、
前記繊維状セルロースの一部又は全部として微細繊維を含み、
前記分散剤がカルボキシ酸類及びグリセリン類の少なくともいずれか一方で、
前記混合物は乾燥後に粉砕した平均粒子径が500μm以下の粉状物で、
前記微細繊維がセルロースナノファイバーで、
前記分散剤の混合量が前記セルロースナノファイバー100質量部に対して1~100質量部であり、
前記セルロースナノファイバーのパルプ粘度が1.0~10.0cpsで、かつ前記粉状物の嵩比重が0.05~1.0である、
ことを特徴とする樹脂の補強材。
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