JP7344825B2 - 接着剤組成物 - Google Patents
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Description
(A)数平均繊維径が2nm以上500nm以下
(B)平均アスペクト比が10以上1000以下
(C)セルロースI型結晶構造を有する
(D)アニオン性官能基を有する
(E)前記(D)記載のアニオン性官能基の一部、または全てに、下記式(1)で示す有機オニウムイオンが結合している
本発明の一実施形態である接着剤組成物は、微細繊維状セルロースと、マトリクス樹脂と、を含有する接着剤組成物であって、微細繊維状セルロースは、以下の(A)から(E)の条件を満たすことを特徴とする。
(B)平均アスペクト比が10以上1000以下
(C)セルロースI型結晶構造を有する
(D)アニオン性官能基を有する
(E)(D)記載のアニオン性官能基の一部、または全てに、下記式(1)で示す有機オニウムイオンが結合している
微細繊維状セルロースは、下記の条件を満たすものである。
上記微細繊維状セルロースの数平均繊維径は2nm以上500nm以下であるが、好ましくは2nm以上150nm以下であり、より好ましくは2nm以上100nm以下であり、特に好ましくは3nm以上80nm以下である。上記数平均繊維径が2nm未満であると、微細繊維状セルロースが溶解することにより、溶剤中で微細繊維状セルロースの3次元的ネットワークが形成されなくなり、接着強度を確保できなくなる虞がある。一方、上記数平均繊維径が500nmを超える場合も微細繊維状セルロースが沈降する虞がある。また最大繊維径は、接着強度に優れる点で、1000nm以下であることが好ましく、特に好ましくは500nm以下である。
上記微細繊維状セルロースの平均アスペクト比は10以上1000以下であるが、好ま
しくは100以上、より好ましくは200以上である。平均アスペクト比が10未満であ
ると表面電荷が少なくなり、接着強度を確保できないという問題が生じる。
平均アスペクト比=数平均繊維長[nm]/数平均繊維径[nm]
上記微細繊維状セルロースは、I型結晶構造を有する天然由来のセルロース原料を微細化した繊維である。すなわち、天然セルロースの生合成の過程においては、まず、ほぼ例外なくミクロフィブリルと呼ばれるナノファイバーが形成されており、ミクロフィブリルが多束化することによって高次な固体構造を構成する。
上記微細繊維状セルロースはアニオン性官能基を有する。本明細書において、アニオン性官能基とは、pH7の水中において半数以上の水素イオンが乖離する官能基を示す。アニオン性官能基としては、特に制限されないが、例えば、カルボキシ基、リン酸基、硫酸基等が挙げられる。アニオン性官能基としては、微細繊維状セルロースへのアニオン性官能基の導入が容易であるため、カルボキシ基が好ましい。
C[mmol/g]=V[ml]×(0.05/セルロース質量[g])
Cm[mmol/g]=(162×C)/(1-58×C)×1000
本実施形態の有機オニウムイオンは、上述の式(1)に示されるオニウムイオンである。有機オニウムイオンとしては、特に限定されない。
本実施形態の接着剤組成物は、マトリクス樹脂を含む。マトリクス樹脂としては、接着剤として使用できるものであれば特に制限されず、モノマーであってもオリゴマーであってもポリマーであってもよく、ポリマーはホモポリマーであってもコポリマーであってもよい。また、これらは一種類でも複数種類を組み合わせてもよい。
本実施形態の接着剤組成物は、必要に応じて、本発明の効果を妨げない範囲で、任意成分を含んでもよい。本実施形態の接着剤組成物には、例えば、加水分解防止剤、着色剤、難燃剤、酸化防止剤、重合開始剤、重合禁止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、離型剤、消泡剤、レベリング剤、光安定剤(例えば、ヒンダードアミン等)、酸化防止剤、導電性付与剤、摺動性付与剤、界面活性剤、触媒、硬化促進剤、無機フィラー、有機フィラー等を挙げることができる。これらの添加剤は、後述の工程(2)ないし(4)で添加することもできるが、後述する接着剤組成物の調製後に添加する方が、接着剤として必要な用途に応じて調整ができるために好ましい。
本実施形態の接着剤組成物は、上記微細繊維状セルロース、マトリクス樹脂、および必要に応じて各種添加剤成分を均質に混練することにより、調製することができる。この際に用いられる混練機としては、ディスパー、プラネタリーミキサー、ニーダー、ヘンシェルミキサー、ロール、押出機等を挙げることができる。また、作製した接着剤組成物は、通常の方法、例えばスプレー、シーラーガン、刷毛塗り等の方法で被接着基板に塗布することができる。
本実施形態の微細繊維状セルロースの製造方法は、特に限定されないが、下記工程(1)~(4)を有する製造方法によれば、より効率的に製造できるため好ましい。
工程(1):セルロースI型結晶構造を有するセルロース繊維を水に分散させた後、そのセルロース繊維の水酸基を、カルボキシ基を有する置換基に変換する工程
工程(2):上記セルロース繊維の分散媒である水を有機溶剤に置換する工程
工程(3):上記置換後のセルロース繊維に有機オニウムイオンを添加する工程
工程(4):上記有機オニウムイオンが結合したセルロース繊維を上記有機溶媒中でナノ解繊する工程
工程(1)は、セルロースI型結晶構造を有するセルロースの水酸基を、酸化等によりカルボキシ基を有する置換基に変換させる工程である。ここで、カルボキシ基を有する置換基としては例えば、カルボキシ基、カルボキシ塩基、カルボキシアルキル基等が挙げられる。
上記酸化セルロースは上記天然セルロースと、N-オキシル化合物と、共酸化剤の存在下で酸化処理をすることにより、カルボキシ基を含有するセルロース繊維が得られる。
上記酸化処理後のセルロース繊維は、還元剤により還元させることが好ましい。これにより、アルデヒド基およびケトン基の一部ないし全部が還元され、水酸基に戻る。なお、カルボキシ基は還元されない。そして、上記還元による、上記酸化セルロースのカルボニル基(アルデヒド基とケトン基)の合計含量は、0.3mmol/g以下とすることが好ましく、特に好ましくは0.1mmol/g以下である。これにより、微細繊維状セルロースの分子量低下が抑制され、溶剤中での増粘効果を長期間維持することができる。ここで、カルボニル基(アルデヒド基とケトン基)の合計含量は、後述するセミカルバジド法によって算出される。なお、カルボニル基を0.5mmol/g以下とすることにより、長期保存による凝集物の発生を抑制でき、粘度が時間経過と共に著しく低下することを抑制できる。なお、上記還元反応に使用する還元剤としては、一般的なものを使用することが可能であるが、好ましくは、LiBH4、NaBH3CN、NaBH4が挙げられる。これらのなかでも、NaBH4は、コスト及び利用可能性という観点から特に好ましい。
カルボニル基量[mmol/g]=(D-B)×f×(0.125/w)
D:サンプルの滴定量[ml]
B:空試験の滴定量[ml]
f:0.1Nチオ硫酸ナトリウム溶液のファクター
w:試料量[g]
工程(2)として、まず、上記処理後のセルロース繊維を酸で洗浄することにより、工程(1)で導入したカルボキシ基を酸型にする。その後、適宜、ろ過と水洗とを繰り返すことにより精製した後、遠心分離機等により固液分離を行う。その後、有機溶剤によるセルロースの洗浄を繰り返し行った後、水から有機溶剤へと溶媒置換を行う。
上記酸は、セルロース繊維水分散液を酸性に維持するものであり、酸の種類は特に限定されない。酸としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、過酸化水素等の無機酸、クエン酸、リンゴ酸、乳酸、アジピン酸、セバシン酸、セバシン酸ソーダ、ステアリン酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸、フマル酸、グルコン酸等の有機酸等が挙げられる。酸によるセルロース繊維の変質や損傷を回避でき、かつ、廃液処理が容易であるため、酸としては、塩酸を用いることが好ましい。
工程(3)は、上記分散媒置換後の酸化セルロースに対し、上述の式(1)で示す有機オニウムイオンを添加する工程である。これにより、上記酸化セルロースのカルボキシ基に、上記式(1)に示される有機オニウムイオンが結合し、セルロースの親油化が行われる。なお、上記反応は、有機溶媒中で行われる。
工程(4)は、上記親油化後のセルロース繊維を有機溶剤中でナノ解繊する工程である。上記ナノ解繊に使用する分散機としては、例えば、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、超音波分散処理、ビーター、ディスク型レファイナー、コニカル型レファイナー、ダブルディスク型レファイナー、グラインダー等が挙げられる。これらの強力な叩解能力がある装置を使用することにより、より微細化することが可能となるため、より効率的かつ高度なダウンサイジングが可能となる。なお、上記分散機としては、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等を用いてもよい。
針葉樹パルプ2gに、水150ml、臭化ナトリウム0.25g、TEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペリジノオキシラジカル)0.025gを加えた後、充分撹拌して分散させた。その後、13%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、針葉樹パルプ1.0gに対して次亜塩素酸ナトリウム量が5.2mmol/gとなるように加えることにより、反応を開始した。反応の進行に伴いpHが低下するため、pHを10~11に保持するように0.5N水酸化ナトリウム水溶液を滴下しながら、pHの変化が見られなくなるまで反応させた。この反応時間は120分だった。反応終了後、0.1N塩酸を添加することにより中和した後、遠心分離機で固液分離し、その後、純水を加えることにより、固形分濃度4%に調整した。その後、24%水酸化ナトリウム水溶液にてスラリーのpHを10に調整した。スラリーの温度を30℃とした後、水素化ホウ素ナトリウムをセルロース繊維に対して0.2mmol/g加えることによって、2時間反応させることにより、還元処理した。反応後、0.1N塩酸を添加することによりpH2以下に調整した後、ろ過と水洗とを繰り返して精製することにより、セルロース繊維A1を得た。
次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量を、針葉樹パルプ1.0gに対して12.0mmol/gとした以外は、セルロース繊維A1の調製法と同様の方法にて、セルロース繊維A2を得た。
イソプロパノール(IPA)435gと水65gと水酸化ナトリウム9.9gとの混合液中に、針葉樹パルプ100gを入れた後、30℃で1時間撹拌した。このスラリーに50%モノクロル酢酸のIPA溶液23.0gを加えた後、70℃まで昇温した後、1.5時間反応させた。得られた反応物を80%メタノールで洗浄し、その後、メタノールで置換した後、乾燥させることによって、セルロース繊維A3を得た。
尿素20g、リン酸二水素ナトリウム二水和物12g、リン酸水素二ナトリウム8gを20gの水に溶解させることにより、リン酸化剤を作製した。その後、家庭用ミキサーで粉砕した針葉樹パルプ(NBKP)20gを、リン酸化剤にニーダーで攪拌しながらスプレー噴霧することにより、リン酸化剤含浸パルプを得た。次いで、リン酸化剤含浸パルプを140℃に加熱したダンパー付きの送風乾燥機内で60分間、加熱処理することにより、リン酸化パルプを得た。得られたリン酸化パルプに水を加えて固形分濃度2%とした後、攪拌混合して均一に分散させた後、濾過と脱水との操作を2回繰り返した。次いで、得られた回収パルプに水を加えることにより、固形分濃度2%とした。その後、攪拌しながら、1N水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ添加することにより、pH12~13のパルプスラリーを得た。続いて、このパルプスラリーを濾過後、脱水した後、更に水を加えて濾過と脱水との操作を2回繰り返した。その後、メタノールで置換後に乾燥させることにより、セルロース繊維A4を得た。
針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)50gを水4,950gに分散させることにより、パルプ濃度2%の分散液を調製した。この分散液をセレンディピターMKCA6-3(増幸産業社製)で30回処理することにより、セルロース繊維A5を得た。
原料の針葉樹パルプに代えて再生セルロースを使用するとともに、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の添加量を、再生セルロース1.0gに対して27.0mmol/gとした以外は、セルロース繊維A1の調製法と同様の方法にて、セルロース繊維A6を調製した。
X線回折装置(リガク社製、RINT-Ultima3)を用いて、セルロース繊維の回折プロファイルを測定した。2シータ=14~17°付近と、2シータ=22~23°付近の2つの位置に典型的なピークが見られる場合は結晶構造(I型結晶構造)が「あり」と評価し、これらのピークの少なくとも一方が見られない場合は「なし」と評価した。
上記セルロース繊維0.25gを水に分散させたセルロース水分散体60mlを調製した後、0.1Nの塩酸水溶液によってpHを約2.5とした。その後、0.05Mの水酸化ナトリウム水溶液を滴下することにより、電気伝導度測定を行った。測定は、pHが11になるまで続けた。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において、消費された水酸化ナトリウム量(V)を用いて、下記式に基づいてカルボキシ基量を求めた。
カルボキシ基量[mmol/g]=V[ml]×(0.05/セルロース質量[g])
上記セルロース繊維を0.6質量%スラリーに調製した後、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.4とした。その後、0.05Nの水酸化ナトリウム水溶液を滴下することにより、電気伝導度測定を行った。測定は、pHが11になるまで続けた。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において、消費された水酸化ナトリウム量からカルボキシ基量を測定した後、カルボキシメチル基量は、下記式に基づいて算出することが出来る。
カルボキシメチル基量[mmol/g]=(162×C)/(1-58×C)×1000
C:カルボキシ基量[mmol/g]
上記セルロース繊維をイオン交換水で固形分濃度0.2質量%となるように希釈した後、イオン交換樹脂による処理を行った後、アルカリを用いた滴定によってリン酸基量を測定した。イオン交換樹脂による処理では、0.2%微細セルロース繊維含有スラリーに体積あたり1/10の強酸性イオン交換樹脂(オルガノ社製、アンバージェット1024)を加えた後、1時間振とう処理を行った。その後、この懸濁液を目開き90μmのメッシュ上に注ぐことにより、樹脂とスラリーとを分離した。アルカリを用いた滴定では、イオン交換後の微細セルロース繊維水分散体に、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えながら、水分散体が示す電気伝導度の値の変化を計測した。すなわち、電気伝導度の値が最も小さくなるまでに加えたアルカリ量[mmol]を、滴定対象スラリー中の固形分[g]で除した値を、リン酸基量[mmol/g]とした。
上記セルロース繊維を約0.2g精秤し、これに、リン酸緩衝液によりpH=5に調整したセミカルバジド塩酸塩3g/l水溶液を正確に50ml加え、密栓し、二日間振とうした。つぎに、この溶液10mlを正確に100mlビーカーに採取し、5N硫酸25ml、0.05Nヨウ素酸カリウム水溶液5mlを加え、10分間撹拌した。その後、5質量%ヨウ化カリウム水溶液10mlを加え、直ちに自動滴定装置を用いて、0.1Nチオ硫酸ナトリウム溶液にて滴定し、その滴定量等から、下記式に従い、試料中のカルボニル基量(アルデヒド基とケトン基との合計含量)を求めた。
カルボニル基量[mmol/g]=(D-B)×f×(0.125/w)
D:サンプルの滴定量[ml]
B:空試験の滴定量[ml]
f:0.1Nチオ硫酸ナトリウム溶液のファクター
w:試料量[g]
(修飾剤の調製)
テトラオクチルアンモニウムブロマイド(東京化成社製)を0.1Nになるようにエタノールへ溶解させた後、テトラオクチルアンモニウムブロマイドの5倍量のイオン交換樹脂(東京化成社製、アンバーライトIRN78)を加えた後、一晩振盪機にて攪拌した。その後、ろ過によってイオン交換樹脂を取り除くことにより、0.1Nテトラオクチルアンモニウムヒドロキシドエタノール溶液を得た。
上記セルロース繊維A1にメタノールを加えてろ過するメタノール洗浄を繰り返した後、さらにメチルエチルケトン(Methyl ethyl ketone:MEK)洗浄を繰り返すことにより、上記セルロース繊維に含まれる水をMEKに置換した。その後、MEKで置換したセルロース繊維A1に、MEKとセルロース繊維のカルボキシ基量と等量の0.1Nテトラオクチルアンモニウムヒドロキシドエタノール溶液を加えた後、セルロース濃度が1%になるように希釈した。その後、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで4回処理することにより、微細繊維状セルロースMEK分散液を得た。上記微細繊維状セルロースMEK分散液にビスフェノールA(DIC社製、EPICLON 850S)を加えた後、ロータリーエバポレーター(東京理化機器社製)によりMEKとエタノールとを留去することにより、溶剤をビスフェノールAへと置換した。さらに、ビスフェノールAと、硬化剤としてのジシアンジアミド(味の素社製、アミキュア AH-154)と、を加えた後、T.K.ホモミクサー(PRIMIX社製)を用いて8000rpm×10分間撹拌することにより、セルロース濃度、修飾剤濃度、マトリクス樹脂濃度及び硬化剤濃度が以下の表に示す値となるように調製した接着剤組成物を得た。また、厚み1.6mm、幅25mm、長さ100mmの冷間圧延鋼板を被着材として使用し、150℃、1時間加熱して上記接着剤組成物を硬化させることにより、試験片を得た。
下記の表に示すように配合量や組成等を変更した以外は、実施例1と同様の手法で微細繊維状セルロースMEK分散液、接着剤組成物、及び試験片を作製した。
セルロース繊維A3に水を加え、固形分1%に希釈した後、T.K.ホモミクサー(PRIMIX社製)を用いて8000rpm×10分間撹拌しながら、溶液のpHが2になるまで1N塩酸を加えた。その後、濾過を行い、水で十分洗浄した。次に、メタノールで繰り返して洗浄した後、さらにMEKで洗浄することにより、MEKに溶剤置換した酸型セルロース繊維A3を作製した。この酸型セルロース繊維A3に、MEKと、セルロース繊維のカルボキシ基量と等量の0.1Nテトラオクチルアンモニウムヒドロキシドエタノール溶液とを加え、セルロース濃度が1%になるように希釈した。その後、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで4回処理することにより、微細繊維状セルロースMEK分散液を得た。
セルロース繊維A3の代わりにセルロース繊維A4を用いた以外は実施例3と同様の手法で上記微細繊維状セルロースMEK分散液、接着剤組成物、及び試験片を作製した。
上記セルロース繊維A2にメタノールを加えてろ過するメタノール洗浄を繰り返した後、さらにメチルエチルケトン(MEK)洗浄を繰り返すことにより、上記セルロース繊維に含まれる水をMEKに置換した。その後、MEKで置換したセルロース繊維A2に、MEKとセルロース繊維のカルボキシ基量と等量の0.1Nテトラオクチルアンモニウムヒドロキシドエタノール溶液を加えた後、セルロース濃度が1%になるように希釈した。その後、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで4回処理することにより、微細繊維状セルロースMEK分散液を得た。上記微細繊維状セルロースMEK分散液にトルエンを加えた後、ロータリーエバポレーター(東京理化機器社製)によりMEKとエタノールとを留去することにより、溶剤をトルエンへと置換した。さらに、トルエンと、マトリクス樹脂としてのポリ酢酸ビニル(電気化学工業社製、デンカサクノール SN-10)と、を加えた後、T.K.ホモミクサー(PRIMIX社製)を用いて8000rpm×10分間撹拌することにより、セルロース濃度、修飾剤濃度、及びマトリクス樹脂濃度が以下の表に示す値となるように調製した接着剤組成物を得た。また、厚み1.6mm、幅25mm、長さ100mmの冷間圧延鋼板を被着材として使用し、150℃で1時間加熱して上記接着剤組成物を硬化させることにより、試験片を得た。
上記セルロース繊維A2にメタノールを加えてろ過するメタノール洗浄を繰り返した後、さらにメチルエチルケトン(MEK)洗浄を繰り返すことにより、上記セルロース繊維に含まれる水をMEKに置換した。その後、MEKで置換したセルロース繊維A2に、MEKとセルロース繊維のカルボキシ基量と等量の0.1Nテトラオクチルアンモニウムヒドロキシドエタノール溶液を加えた後、セルロース濃度が1%になるように希釈した。その後、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで4回処理することにより、微細繊維状セルロースMEK分散液を得た。上記微細繊維状セルロースMEK分散液にアクリル系モノマー(セメダイン社製、メタルロックY610A)を加えた後、ロータリーエバポレーター(東京理化機器社製)によりMEKとエタノールとを留去することにより、溶剤をアクリル系モノマーへと置換した。さらに、アクリル系モノマーと、アクリル系硬化剤(セメダイン社製、メタルロックY610B)と、を加えた後、T.K.ホモミクサー(PRIMIX社製)を用いて8000rpm×10分間撹拌することにより、セルロース濃度、修飾剤濃度、マトリクス樹脂濃度及び硬化剤濃度が以下の表に示す値となるように調製した接着剤組成物を得た。また、厚み1.6mm、幅25mm、長さ100mmの冷間圧延鋼板を被着材として使用し、室温(25℃)で1時間静置して上記接着剤組成物を硬化させることにより、試験片を得た。
上記セルロース繊維A2にメタノールを加えてろ過するメタノール洗浄を繰り返した後、さらにメチルエチルケトン(MEK)洗浄を繰り返すことにより、上記セルロース繊維に含まれる水をMEKに置換した。その後、MEKで置換したセルロース繊維A2に、MEKとセルロース繊維のカルボキシ基量と等量の0.1Nテトラオクチルアンモニウムヒドロキシドエタノール溶液を加えた後、セルロース濃度が1%になるように希釈した。その後、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで4回処理することにより、微細繊維状セルロースMEK分散液を得た。上記微細繊維状セルロースMEK分散液にポリオール(第一工業製薬社製、エイムフレックス 318A)を加えた後、ロータリーエバポレーター(東京理化機器社製)によりMEKとエタノールとを留去することにより、溶剤をポリオールへと置換した。さらに、ポリオールと、硬化剤としてのポリイソシアネート(第一工業製薬社製、エイムフレックス 318B)と、を加えた後、T.K.ホモミクサー(PRIMIX社製)を用いて8000rpm×10分間撹拌することにより、セルロース濃度、修飾剤濃度、マトリクス樹脂濃度及び硬化剤濃度が以下の表に示す値となるように調製した接着剤組成物を得た。また、厚み1.6mm、幅25mm、長さ100mmの冷間圧延鋼板を被着材として使用し、80℃で2時間加熱して上記接着剤組成物を硬化させることにより、試験片を得た。
セルロース繊維A2に、水と、セルロース繊維のカルボキシ基量と等量になるように24%水酸化ナトリウム水溶液と、を加え、セルロース濃度が1%になるように希釈した後、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで1回処理することにより、微細繊維状セルロース水分散液を得た。この微細繊維状セルロース水分散液を凍結乾燥によって乾燥することにより水を留去した後、MEKで固形分が1%になるように希釈した。その後、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで4回処理した。しかしながら、MEK中においてセルロース繊維が沈降してしまうため、微細繊維状セルロースMEK分散液の調製には至らなかった。
セルロース繊維A5にメタノールを加えた後、ろ過した。そして、メタノール洗浄を繰り返した後、さらにMEK洗浄を繰り返し、その後、MEKで固形分が1%になるように希釈した。その後、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで4回処理した。しかしながら、MEK中においてセルロース繊維が沈降してしまうため、微細繊維状セルロースMEK分散液の調製には至らなかった。
セルロース繊維A6を凍結乾燥によって乾燥することにより水を留去した後、MEKと、セルロース繊維のカルボキシ基量と等量の0.1Nテトラオクチルアンモニウムヒドロキシドエタノール溶液と、を加え、セルロース濃度が1%になるように希釈した。その後、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバースト)を用いて圧力100MPaで4回処理することにより、微細繊維状セルロースMEK分散液を得た。この微細繊維状セルロースMEK分散液にビスフェノールA(DIC社製、EPICLON 850S)を加えた後、ロータリーエバポレーター(東京理化機器社製)によってMEKとエタノールとを留去することにより、溶剤をビスフェノールAへと置換した。さらに、ビスフェノールAと、硬化剤としてのジシアンジアミド(味の素社製、アミキュア AH-154)と、を加え、T.K.ホモミクサー(PRIMIX社製)を用いて8000rpm×10分間撹拌することにより、セルロース濃度、修飾剤濃度、マトリクス樹脂濃度及び硬化剤濃度が以下の表に示す値となるように調製した接着剤組成物を得た。また、厚み1.6mm、幅25mm、長さ100mmの冷間圧延鋼板を被着材として使用し、150℃で1時間加熱して上記接着剤組成物を硬化させることにより、試験片を得た。
ポリ酢酸ビニルをトルエンに加えることにより、樹脂濃度が20%となるように調製した接着剤組成物を得た。また、厚み1.6mm、幅25mm、長さ100mmの冷間圧延鋼板を被着材として使用し、150℃で1時間加熱して上記接着剤組成物を硬化させることにより、試験片を得た。
アクリル系モノマー(セメダイン社製、メタルロックY610A)の濃度が50%、アクリル系硬化剤(セメダイン社製、メタルロックY610B)の濃度が50%となるように調製した接着剤組成物を得た。また、厚み1.6mm、幅25mm、長さ100mmの冷間圧延鋼板を被着材として使用し、室温(25℃)で1時間静置して上記接着剤組成物を硬化させることにより、試験片を得た。
ポリオール濃度が59%、ポリイソシアネート濃度が41%となるように調製した接着剤組成物を得た。また、厚み1.6mm、幅25mm、長さ100mmの冷間圧延鋼板を被着材として使用し、80℃で2時間加熱して上記接着剤組成物を硬化させることにより、試験片を得た。
上記微細繊維状セルロースMEK分散液中のセルロース繊維の数平均繊維径、および繊維長を、透過型電子顕微鏡(TEM、日本電子社製JEM-1400)を用いて観察した。すなわち、各セルロース繊維を親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストした後、2質量%ウラニルアセテートでネガティブ染色したTEM像(倍率:10000倍)を用いて、上述した方法により、数平均繊維径、および数平均繊維長を算出した。さらに、これらの値を用いてアスペクト比を下記式に従い、算出した。
アスペクト比=数平均繊維長[nm]/数平均繊維径[nm]
上記微細繊維状セルロースMEK分散液を試験管に移しとり、一晩静置した後、試験管中におけるセルロース繊維の分散状態を目視で観察した後、下記評価基準で評価した。
○:微細繊維状セルロースMEK分散液中にセルロース繊維が均一に分散していた。
×:微細繊維状セルロースMEK分散液中でセルロース繊維が沈降していた。
万能試験機(インストロンジャパン社製、5581型)を用いて、23℃の雰囲気下にて、上記試験片を2.5mm/min.の条件にて引張せん断接着強さ(S23)を測定した。微細繊維状セルロ―スが複合された樹脂の引張せん断接着強さ(S23)とマトリクス樹脂単体の引張せん断接着強さ(SBlank23)から、下記式を用いて、引張せん断接着強さ向上率[%]を算出した。算出された引張せん断接着強さ向上率から、下記基準に基づき評価した。
引張せん断接着強さ向上率[%]=(S23/SBlank23×100)-100
◎:40%以上
○:40%未満30%以上
△:30%未満20%以上
×:20未満
万能試験機(インストロンジャパン社製、5581型)を用いて、23℃の雰囲気下にて、上記試験片を2.5mm/min.の条件にて引張せん断接着強さを測定した。23℃の測定で得られた引張せん断接着強さ(S23)と80℃の測定で得られた引張せん断接着強さ(S80)から、下記式を用いて、引張せん断接着強さ維持率[%]を算出した。算出された引張せん断接着強さ維持率から、下記基準に基づき評価した。
引張せん断接着強さ維持率[%]=100-[{(S23)-(S80)}/(S23)×100]
◎:95%以上
○:95%未満90%以上
△:90%未満80%以上
×:80未満
※2 HUNTSMAN社製、JEFFAMINE M-2070、分子量:2000
※3 MEK分散物を調整できないので、測定不可
※4 MEKに溶解しているため、測定不可
P2…点
F…繊維
Claims (7)
- 微細繊維状セルロースと、マトリクス樹脂と、を含有する接着剤組成物であって、
前記微細繊維状セルロースは、以下の(A)から(E)の条件を満たすことを特徴とする、接着剤組成物。
(A)数平均繊維径が2nm以上500nm以下
(B)平均アスペクト比が10以上1000以下
(C)セルロースI型結晶構造を有する
(D)アニオン性官能基を有する
(E)前記(D)記載のアニオン性官能基の一部、または全てに、下記式(1)で示す有機オニウムイオンが結合している
- 前記式(1)中、R1、R2、R3、R4の少なくとも一つは、炭素数が6以上であることを特徴とする、請求項1に記載の接着剤組成物。
- 前記アニオン性官能基は、カルボキシ基であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の接着剤組成物。
- 前記マトリクス樹脂は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、酸ビニル樹脂、及び炭化水素樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の接着剤組成物。
- 前記マトリクス樹脂は、エポキシ樹脂と、ウレタン樹脂との少なくとも一つを含有することを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の接着剤組成物。
- 前記マトリクス樹脂と前記微細繊維状セルロースの固形分の合計量に対し、前記微細繊維状セルロースの固形分濃度は、0.05質量%以上3.0質量%以下であることを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の接着剤組成物。
- 前記微細繊維状セルロースの含有量に対する前記アニオン性官能基の含有量(アニオン性官能基の含有量[mmol]/微細繊維状セルロースの含有量[g])は、1.0mmol/g以上3.0mmol/g以下であることを特徴とする、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の接着剤組成物。
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