JP7268374B2 - 複合材料及びその製造方法 - Google Patents
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Description
フェノール樹脂(3)と、
アニオン系界面活性剤としてのラウレス-5カルボン酸と、を含み、
前記リグノセルロース繊維には、水中に分散させた状態において、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いて得られる体積基準のメジアン径が5~15μmの範囲内にある特性を有する第1の繊維成分と、前記メジアン径が5~15μmの範囲内にあり、かつ前記第1の値よりも大きい第2の値となる特性を有する第2の繊維成分とが含まれており、
前記リグノセルロース繊維に含まれる複数の前記繊維成分のうち、最もメジアン径の小さい繊維成分の含有量が10~40質量%である、複合材料(1)にある。
溶媒と、前記リグノセルロース繊維と、前記フェノール樹脂と、前記アニオン系界面活性剤とを混合して原料溶液を作製する混合工程と、
前記原料溶液から前記溶媒を除去する脱溶媒工程と、を有する、複合材料の製造方法にある。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
前記複合材料及びその製造方法に係る実施形態について、図1~図2を参照して説明する。図1に示すように、複合材料1には、網目21の大きさが45nm以下となるように絡み合っているリグノセルロース繊維2と、フェノール樹脂3と、が含まれている。
リグノセルロース繊維2には、リグニン成分と、セルロース繊維とが含まれている。セルロース繊維は、セルロースミクロフィブリル、つまり、複数本のセルロース分子鎖が集合してなる幅4nm程度の繊維を基本単位として構成されている。例えば、セルロース繊維は、単一のセルロースミクロフィブリルであってもよいし、複数本のセルロースミクロフィブリルが束ねられたセルロースミクロフィブリル束であってもよい。なお、セルロースミクロフィブリルは、シングルセルロースナノファイバーとも呼ばれている。
フェノール樹脂3としては、ノボラック樹脂、ビスフェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、レゾール型フェノール樹脂等を用いることができる。ノボラック樹脂としては、例えばノボラック型フェノール、ノボラック型クレゾール、ノボラック型ナフトール等を構成単位とする樹脂がある。また、ビスフェノール樹脂としては、例えばビスフェノールF、ビスフェノールA等を構成単位とする樹脂がある。フェノールアラルキル樹脂としては、例えばパラキシリレン変性フェノール樹脂等がある。レゾール型フェノール樹脂としては、例えばジメチレンエーテル型レゾール、メチロール型フェノール等を構成単位とする樹脂がある。また、フェノール樹脂としては、上述の樹脂をさらにメチロール化させた樹脂を用いることができる。さらに、フェノール樹脂としては、フェノール性水酸基を1つ以上含むリグニン、リグニン誘導体、リグニン分解物、及びこれらの変性物から選ばれる少なくとも1種と、石油資源から製造されたフェノール樹脂との混合物を用いることができる。
複合材料1には、少なくとも、リグノセルロース繊維2と、フェノール樹脂3が含まれている。複合材料1中において、リグノセルロース繊維2は等方的に分布しており、三次元的に絡み合っている。リグノセルロース繊維2同士の絡み合いによって形成される網目21の大きさは、45nm以下である。これにより、リグノセルロース繊維2同士の絡み合いによって複合材料1を等方的に強化し、曲げ弾性率等の機械的特性を高めるとともに特性のバラつきを低減することができる。
d=2π/q1 ・・・(1)
以上の方法により得られた複合材料1中のフェノール樹脂3を硬化させることにより、成形体を得ることができる。複合材料1の成形方法としては、例えば、複合材料1を金型内で圧縮しながら加圧する圧縮成形、加熱して軟化させた複合材料1を金型内に移送するトランスファ成形、加熱によって溶融させた複合材料1を金型内に射出する射出成形、加熱によって溶融させた複合材料1を金型内に押し出す押出成形、中空成形及び発泡成形等の種々の方法を採用することができる。複合材料1の形状が所望する最終製品の形状と概ね同一の場合には、複合材料1を単純に加熱することによってフェノール樹脂3を硬化させ、成形体としてもよい。
本例では、原料溶液の組成を種々変更して複合材料1を作製した後、得られた複合材料1の特性の評価を行った。なお、実験例以降において用いた符号のうち、既出の形態及び実験例において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の形態及び実験例におけるものと同様の構成要素等を表す。
リグノセルロース繊維2として、水中に分散させた状態におけるメジアン径が7.1μmとなる第1の繊維成分20質量%と、前記メジアン径が10.6μmとなる第2の繊維成分80質量%との混合物を準備した。なお、第1の繊維成分及び第2の繊維成分は、いずれも、植物繊維を機械的に解繊してなる植物繊維解繊物である。
リグノセルロース繊維2として、前記メジアン径が8.9μmとなる第1の繊維成分20質量%と、前記メジアン径が10.6μmとなる第2の繊維成分80質量%との混合物を使用した以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
リグノセルロース繊維2として、前記メジアン径が5.4μmとなる第1の繊維成分20質量%と、前記メジアン径が10.6μmとなる第2の繊維成分80質量%との混合物を使用した以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
リグノセルロース繊維2として、前記メジアン径が7.1μmとなる第1の繊維成分40質量%と、前記メジアン径が10.6μmとなる第2の繊維成分60質量%との混合物を使用した以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
アニオン系界面活性剤A1に替えてアニオン系界面活性剤A2(ポリアクリル酸アンモニウム、東亜合成株式会社製「アロン(登録商標)A-30SL」)を使用した以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
リグノセルロース繊維2として、前記メジアン径が10.6μmとなる繊維成分を単独で使用した以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
リグノセルロース繊維2として、前記メジアン径が5.4μmとなる繊維成分を単独で使用した以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
リグノセルロース繊維2として、前記メジアン径が7.1μmとなる第1の繊維成分60質量%と、前記メジアン径が10.6μmとなる第2の繊維成分40質量%との混合物を使用した以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
アニオン系界面活性剤A1を使用しない以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
アニオン系界面活性剤A1に替えて非イオン系界面活性剤N(ポリオキシエチレンセチルエーテル、三洋化成工業株式会社製「エマルミン(登録商標)CC-100」)を使用した以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
アニオン系界面活性剤A1に替えてカチオン系界面活性剤C1(ベンザルコニウムクロリド、三洋化成工業株式会社製「カチオンG-50」)を使用した以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
アニオン系界面活性剤A1に替えてカチオン系界面活性剤C2(クオタニウム-33、三洋化成工業株式会社製「カチオンLQ」)を使用した以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
原料溶液から溶媒を除去する際に、減圧濾過を行わず、真空乾燥のみで溶媒を除去した以外は、試験体1と同様の方法により成形体を作製した。
植物繊維を解繊し、平均繊維長が30μm、平均繊維幅が50nmのリグノセルロース繊維2を得た。次いで、リグノセルロース繊維2を水に分散させて、リグノセルロース繊維2の含有量が0.2質量%のスラリーを作製した。JIS P3801:1995に規定された4種に相当するろ紙を用いてスラリー1Lをろ過することにより、リグノセルロース繊維2からなる多孔質シートを作製した。その後、多孔質シートを温度80℃で24時間真空乾燥させた。
放射光を用いた小角X線散乱法により、試験体の散乱スペクトルSを得た。得られた散乱スペクトルSから前述した方法によりリグノセルロース繊維2同士の絡み合いに起因するピークPを抽出した。なお、カットオフ値Cは0.05nm-1とした。そして、ピークPの頂点における散乱ベクトルの値q1[nm-1]を前記式(1)に代入し、リグノセルロース繊維2の網目21の大きさd[nm]の値を算出した。各試験体におけるリグノセルロース繊維2の網目21の大きさdは、表1及び表2に示す通りであった。
成形体を幅8mmの短冊状に分断し、180℃の温度に1時間保持してエージング処理を行った。その後、JIS K6911:1995に規定された方法により、曲げ弾性率を測定した。なお、測定時の温度は23℃とし、相対湿度は60%とした。曲げ弾性率の測定は、各試験体について5回ずつ行った。表1及び表2には、これらの平均値、最大値及び最小値を示した。
2 リグノセルロース繊維
21 網目
3 フェノール樹脂
Claims (2)
- 小角X線散乱法により得られる散乱スペクトルから算出される網目(21)の大きさが45nm以下となるように絡み合っているリグノセルロース繊維(2)と、
フェノール樹脂(3)と、
アニオン系界面活性剤としてのラウレス-5カルボン酸と、を含み、
前記リグノセルロース繊維には、水中に分散させた状態において、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いて得られる体積基準のメジアン径が5~15μmの範囲内にある特性を有する第1の繊維成分と、前記メジアン径が5~15μmの範囲内にあり、かつ前記第1の値よりも大きい第2の値となる特性を有する第2の繊維成分とが含まれており、
前記リグノセルロース繊維に含まれる複数の前記繊維成分のうち、最もメジアン径の小さい繊維成分の含有量が10~40質量%である、複合材料(1)。 - 請求項1に記載の複合材料の製造方法であって、
溶媒と、前記リグノセルロース繊維と、前記フェノール樹脂と、前記アニオン系界面活性剤とを混合して原料溶液を作製する混合工程と、
前記原料溶液から前記溶媒を除去する脱溶媒工程と、を有する、複合材料の製造方法。
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