JP7086679B2 - Complex and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、複合体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a complex and a method for producing the complex.
セルロースは、植物細胞の細胞壁および植物繊維の主成分であり、多数のβ-グルコース分子がグリコシド結合により直鎖状に重合した天然高分子であるため、環境負荷が小さい。このセルロース繊維は、基本となる単位である幅3~4nmのシングルセルロースナノファイバーが束となって細胞壁中での基本単位である幅10~20nmのセルロースナノファイバーを構成し、それがさらに太さ数10μm束となった構造となっている。 Cellulose is a main component of plant cell walls and plant fibers, and is a natural polymer in which a large number of β-glucose molecules are linearly polymerized by glycosidic bonds, so that the environmental load is small. In this cellulose fiber, single cellulose nanofibers having a width of 3 to 4 nm, which is a basic unit, are bundled to form cellulose nanofibers having a width of 10 to 20 nm, which is a basic unit in a cell wall, and the thickness is further increased. It has a structure of several tens of μm bundles.
近年、これらのセルロースナノファイバーは、高弾性率、高強度、低線膨張係数、ガスバリア性など優れた特性を有することがわかり、かつ、ガラス繊維や炭素繊維、無機フィラーなどと比較して軽量であるため、樹脂強化材や塗料添加剤、フィルム、増粘剤等様々な用途を想定して、研究開発がなされている。 In recent years, these cellulose nanofibers have been found to have excellent properties such as high elastic modulus, high strength, low linear expansion coefficient, and gas barrier properties, and are lighter than glass fibers, carbon fibers, and inorganic fillers. Therefore, research and development are being carried out assuming various uses such as resin reinforcing materials, paint additives, films, and thickeners.
セルロースナノファイバーの製造方法としては、高圧分散装置やグラインダーを用いた機械的に解繊する方法、パルプをカチオン化剤で化学的に親水化したのち混練機などを用いて機械的に簡易に解繊する方法、TEMPO触媒等を用いて部分的に酸化させて化学的に解繊し易くする方法などが挙げられる。 As a method for producing cellulose nanofibers, a method of mechanically defibrating using a high-pressure disperser or a grinder, or a method of chemically hydrophilizing pulp with a cationizing agent and then mechanically deflating using a kneader, etc. Examples thereof include a method of defibrating, a method of partially oxidizing using a TEMPO catalyst and the like to facilitate chemical defibration.
ところで、セルロースナノファイバーは単独で使用することは少なく、有機成分や有機溶媒と組み合わせて使用されることが一般的である。セルロースナノファイバーを構成するセルロースは、グルコース分子の水酸基を多数有しているため、水酸基同士の水素結合が起こりやすく、その結果、セルロースナノファイバー同士の凝集が起きやすいという問題点がある。また、上記の通り、セルロースはその表面に水酸基を多数有しているために親水性が極めて高く、疎水性である有機溶媒との親和性に欠けるという問題点もある。 By the way, cellulose nanofibers are rarely used alone, and are generally used in combination with organic components and organic solvents. Since cellulose constituting the cellulose nanofibers has a large number of hydroxyl groups of glucose molecules, there is a problem that hydrogen bonds between the hydroxyl groups are likely to occur, and as a result, aggregation of the cellulose nanofibers is likely to occur. Further, as described above, since cellulose has a large number of hydroxyl groups on its surface, it has a problem that it has extremely high hydrophilicity and lacks affinity with an organic solvent which is hydrophobic.
つまり、セルロースナノファイバーは水中では安定に存在するが、水を多く含んだ状態では疎水性の高分子や加水分解性の高分子との複合(特に溶融混練)が行いにくい。一方で、乾燥すると凝集して高分子中で遺物となり特性を低下させるため、高分子中でナノファイバーの保有する特性を発揮させることが難しいという問題点がある。 That is, although cellulose nanofibers exist stably in water, it is difficult to combine them with hydrophobic polymers or hydrolyzable polymers (particularly melt-kneading) in a state containing a large amount of water. On the other hand, when dried, it aggregates and becomes a relic in the polymer, which deteriorates the characteristics, so that there is a problem that it is difficult to exhibit the characteristics possessed by the nanofibers in the polymer.
かかる問題点を解消すべく、セルロースナノファイバーを疎水化する方法も検討されているが、化学的な手法により、セルロースナノファイバーの水酸基を疎水性置換基に置換させる方法が殆どである。かかる手法は、コストがかかることに加え、水酸基の一部が置換されるにとどまるため、水素結合による凝集を抑えきれないなどといった問題点を抱えている。 In order to solve this problem, a method of hydrophobizing cellulose nanofibers has been studied, but most of the methods have a method of substituting a hydroxyl group of cellulose nanofibers with a hydrophobic substituent by a chemical method. In addition to being costly, such a method has a problem that aggregation due to hydrogen bonds cannot be suppressed because only a part of the hydroxyl group is replaced.
通常のセルロース繊維でも同様の課題があるが、特に重量に対して多くの水酸基が表面に露出しているセルロースナノファイバーで顕著に現れる課題であるといえる。 Although ordinary cellulose fibers have the same problems, it can be said that they are particularly prominent in cellulose nanofibers in which many hydroxyl groups are exposed on the surface with respect to the weight.
上記のような事情に鑑み、本発明の目的とするところは、セルロースの水酸基を疎水性置換基に置換する以外の方法により、セルロースの疎水化を行うことにより、樹脂組成物の強度を向上させることが可能な複合体を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to improve the strength of the resin composition by hydrophobizing the cellulose by a method other than substituting the hydroxyl group of the cellulose with a hydrophobic substituent. Is to provide a possible complex.
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、セルロース表面上に、所定の化学構造を有するエポキシ系樹脂層を設けることにより、セルロースの化学的修飾を行わずとも、従来の樹脂強化用の複合体と同等以上の性能を有する複合体を得ることができることを見出した。本発明者らは、かかる知見に基づきさらに研究を重ね、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventors have provided a conventional epoxy-based resin layer having a predetermined chemical structure on the surface of cellulose without chemically modifying the cellulose. It has been found that a composite having a performance equal to or higher than that of a composite for reinforcing a resin can be obtained. The present inventors have further studied based on such findings, and have completed the present invention.
即ち、本発明は、以下の複合体を提供する。
項1.
セルロース、及び該セルロース表面の一部又は全体を被覆するエポキシ系樹脂層を有し、
該エポキシ系樹脂層に含まれるエポキシ化合物は、1つのエポキシ基を有することを特徴とする、複合体。
項2.
前記エポキシ化合物の分子量は350以下である、項1に記載の複合体。
項3.
前記エポキシ化合物の構造式が芳香環を有する、項1又は2に記載の複合体。
項4.
前記芳香環が脂肪族置換基を有する、項3に記載の複合体。
項5.
前記エポキシ化合物が、構造式中に下記一般式(1)及び(2)で表わされる基の双方を有する、項1~4の何れかに記載の複合体。
That is, the present invention provides the following complex.
Item 1.
It has cellulose and an epoxy resin layer that covers a part or all of the surface of the cellulose.
The epoxy compound contained in the epoxy-based resin layer is a complex characterized by having one epoxy group.
Item 2.
Item 2. The complex according to Item 1, wherein the epoxy compound has a molecular weight of 350 or less.
Item 3.
Item 2. The complex according to Item 1 or 2, wherein the structural formula of the epoxy compound has an aromatic ring.
Item 4.
Item 3. The complex according to Item 3, wherein the aromatic ring has an aliphatic substituent.
Item 5.
Item 6. The complex according to any one of Items 1 to 4, wherein the epoxy compound has both the groups represented by the following general formulas (1) and (2) in the structural formula.
項6.
前記エポキシ化合物がエーテル構造を有し、該エーテル構造として、上記一般式(1)で表わされるエーテル構造のみを有する、項1又は2に記載の複合体。
項7.
前記セルロースは、直径が3~1000nmのセルロースナノファイバーである、項1~6の何れかに記載の複合体。
項8.
前記セルロース100質量部に対して、前記エポキシ化合物を2~100質量部含む、項1~7の何れかに記載の複合体。
項9.
有機溶媒中に、項1~8の何れかに記載の複合体を含む、組成物。
項10.
前記有機溶媒の沸点が110℃以上である、項9に記載の組成物。
項11.
前記有機溶媒は水酸基を有していない、項9又は10に記載の組成物。
項12.
さらに水を含み、組成物中における前記水の含有量は、組成物100質量%中10質量%以下である、項9~11の何れかに記載の組成物。
項13.
項1~8の何れかに記載の複合体及び樹脂を含有する、樹脂組成物。
項14.
前記樹脂は、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、及びポリカーボネート系樹脂からなる群より選択される1種以上である、項13に記載の樹脂組成物。
項15.
前記樹脂は、バイオマスプラスチック及び微生物産生プラスチックからなる群より選択される1種以上である、項13に記載の樹脂組成物。
項16.
前記樹脂は、ポリ乳酸、ポリアミド4、ポリアミド11、ポリブチレンサクシネート、ポリヒドロキシブチレート、及びこれらの構造を含有する共重合体からなる群より選択される1種以上である、項13に記載の樹脂組成物。
項17.
セルロース、及び該セルロース表面の一部又は全体を被覆するエポキシ系樹脂層を有する複合体の製造方法であって、
前記セルロースに、1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物及び有機溶媒を含有するエポキシ系樹脂層形成用溶液を加える工程1を有することを特徴とする、製造方法。
項18.
前記エポキシ系樹脂層形成用溶液は、さらに、水を含有し、
前記工程1の後に、加熱及び/又は減圧により、前記エポキシ系樹脂層形成用溶液中の水を除去する工程2を有する、項17に記載の製造方法。
Item 6.
Item 2. The complex according to Item 1 or 2, wherein the epoxy compound has an ether structure, and the ether structure has only the ether structure represented by the general formula (1).
Item 7.
Item 6. The complex according to any one of Items 1 to 6, wherein the cellulose is a cellulose nanofiber having a diameter of 3 to 1000 nm.
Item 8.
Item 2. The complex according to any one of Items 1 to 7, which contains 2 to 100 parts by mass of the epoxy compound with respect to 100 parts by mass of the cellulose.
Item 9.
A composition comprising the complex according to any one of Items 1 to 8 in an organic solvent.
Item 10.
Item 9. The composition according to Item 9, wherein the organic solvent has a boiling point of 110 ° C. or higher.
Item 11.
Item 9. The composition according to Item 9 or 10, wherein the organic solvent does not have a hydroxyl group.
Item 12.
Item 2. The composition according to any one of Items 9 to 11, further comprising water, wherein the content of the water in the composition is 10% by mass or less in 100% by mass of the composition.
Item 13.
A resin composition containing the complex and resin according to any one of Items 1 to 8.
Item 14.
Item 3. The resin composition according to Item 13, wherein the resin is at least one selected from the group consisting of polyester-based resins, polyamide-based resins, and polycarbonate-based resins.
Item 15.
Item 3. The resin composition according to Item 13, wherein the resin is at least one selected from the group consisting of biomass plastics and microbially produced plastics.
Item 16.
Item 13. The resin is one or more selected from the group consisting of polylactic acid, polyamide 4, polyamide 11, polybutylene succinate, polyhydroxybutyrate, and a copolymer containing these structures. Resin composition.
Item 17.
A method for producing a complex having cellulose and an epoxy-based resin layer that covers a part or the whole of the surface of the cellulose.
A production method comprising the step 1 of adding an epoxy resin layer forming solution containing an epoxy compound having one epoxy group and an organic solvent to the cellulose.
Item 18.
The epoxy resin layer forming solution further contains water and
Item 17. The production method according to Item 17, further comprising step 2 of removing water in the epoxy-based resin layer forming solution by heating and / or depressurizing after the step 1.
本発明に係る複合体によれば、セルロース表面の化学的修飾を行わずとも、樹脂組成物の強度を向上させることが可能な複合体を提供することができる。 According to the complex according to the present invention, it is possible to provide a complex capable of improving the strength of the resin composition without chemically modifying the surface of cellulose.
(1.複合体)
本発明の複合体は、セルロース、及び該セルロース表面の一部又は全体を被覆するエポキシ系樹脂層を有し、該エポキシ系樹脂層に含まれるエポキシ化合物は、1つのエポキシ基を有することを特徴とする。
(1. Complex)
The composite of the present invention is characterized by having a cellulose and an epoxy-based resin layer that covers a part or the whole of the surface of the cellulose, and the epoxy compound contained in the epoxy-based resin layer has one epoxy group. And.
(1.2.セルロース)
セルロースは、公知のものを広く採用することが可能であり、特に限定はない。また、植物由来のセルロース、動物由来のセルロース、及びバクテリア由来のセルロースナノファイバーの何れでも、好適に使用することができる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併せて使用してもよい。
(1.2. Cellulose)
As the cellulose, known ones can be widely adopted, and there is no particular limitation. Further, any of plant-derived cellulose, animal-derived cellulose, and bacterial-derived cellulose nanofibers can be preferably used. These may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.
植物由来セルロースとしては、例えば、広葉樹由来セルロース(ユーカリ、ポプラなど)、針葉樹由来セルロース(マツ、モミ、スギ、ヒノキなど)、草本類由来セルロース(ワラ、バガス、ヨシ、ケナフ、アバカ、サイザルなど)、及び種子毛繊維(コットンなど)の中から選択できる。原料となるパルプは、木材チップを機械的に処理した機械パルプであってもよく、木材チップから非セルロース成分を化学的に除去した化学パルプでもよく、さらに非セルロース成分を除去して精製した溶解パルプでもよい。 Plant-derived cellulose includes, for example, hardwood-derived cellulose (eucalyptus, poplar, etc.), conifer-derived cellulose (pine, fir, cedar, hinoki, etc.), herbaceous-derived cellulose (wara, bagasse, yoshi, kenaf, abaca, sisal, etc.). , And seed hair fiber (cotton, etc.) can be selected. The raw material pulp may be mechanical pulp obtained by mechanically processing wood chips, chemical pulp obtained by chemically removing non-cellulose components from wood chips, and dissolving pulp obtained by removing non-cellulose components. It may be pulp.
その他、ホヤなど動物由来のセルロース、ナタデココなどバクテリア由来のセルロース等を、使用することができる。また、かかるセルロースは、必ずしも純粋なセルロース成分のみから構成される必要はなく、主成分たるセルロースに、非セルロース成分が付随していてもよい。もちろん、純粋なセルロース成分のみにより構成されていてもよい。 In addition, cellulose derived from animals such as sea squirts, cellulose derived from bacteria such as nata de coco, and the like can be used. Further, the cellulose does not necessarily have to be composed of only a pure cellulose component, and a non-cellulose component may be attached to the cellulose as the main component. Of course, it may be composed only of a pure cellulose component.
セルロースナノファイバーに付随する主な非セルロース成分については、特に限定はなく、複合体の用途に応じて、適宜選択することができる。例えば、ヘミセルロース及びリグニンを挙げることができる。ヘミセルロースは多いほどセルロースナノファイバー製造時に解繊されやすいが、得られる樹脂組成物の弾性率が下がる傾向がある。リグニンは多いほどセルロースナノファイバー製造時に解繊されにくくなるが、フェノール性水酸基を持っているため、複合体の製造時に、後述する芳香族エポキシと反応して望ましい架橋反応を起こしやすい。 The main non-cellulose component attached to the cellulose nanofiber is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the use of the complex. For example, hemicellulose and lignin can be mentioned. The larger the amount of hemicellulose, the easier it is to deflate during the production of cellulose nanofibers, but the elastic modulus of the obtained resin composition tends to decrease. The greater the amount of lignin, the more difficult it is to deflate during the production of cellulose nanofibers, but since it has a phenolic hydroxyl group, it tends to react with the aromatic epoxy described later to cause a desirable cross-linking reaction during the production of the composite.
また、セルロース中の純粋なセルロース成分比率に関しても、複合体の用途に応じて、適宜設定すればよい。例えば、複合体を樹脂強化の目的で使用する場合には、純粋なセルロース成分比率は、セルロース成分の有する強度特性を効果的に利用するためには、セルロース100質量%中に、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。純粋なセルロース成分比率の上限としては、100質量%とすることができる。尚、本明細書においてセルロース比率とは、セルロース全体の質量100質量%に対して、βグルコース分子がグリコシド結合により直鎖状に重合した純粋なセルロース成分の比率であると、定義する。 Further, the ratio of the pure cellulose component in the cellulose may be appropriately set according to the use of the complex. For example, when the complex is used for the purpose of resin reinforcement, the pure cellulose component ratio is 70% by mass or more in 100% by mass of cellulose in order to effectively utilize the strength characteristics of the cellulose component. Is preferable, and 80% by mass or more is more preferable. The upper limit of the ratio of pure cellulose components can be 100% by mass. In the present specification, the cellulose ratio is defined as the ratio of a pure cellulose component in which β-glucose molecules are linearly polymerized by glycosidic bonds with respect to 100% by mass of the total mass of cellulose.
セルロースに含まれる純粋なセルロース成分の重合度に関しても、複合体の用途に応じ、適宜設定すればよい。セルロースに含まれるセルロース成分の重合度が低い方が、セルロースが解繊されやすい傾向にある。一方で、セルロースに含まれるセルロース成分の重合度が高いほど、弾性率の高い複合体、及び組成物を得ることができる。高強度な樹脂組成物を得るためには、重合度500以上のセルロース成分を使用することが好ましく、重合度600以上のセルロース成分を使用することがより好ましい。セルロース成分の重合度の上限値としては特に限定はないが、例えば、10万とすることが好ましい。 The degree of polymerization of the pure cellulose component contained in the cellulose may be appropriately set according to the use of the complex. The lower the degree of polymerization of the cellulose component contained in the cellulose, the easier it is for the cellulose to be defibrated. On the other hand, the higher the degree of polymerization of the cellulose component contained in cellulose, the higher the elastic modulus of the complex and the composition can be obtained. In order to obtain a high-strength resin composition, it is preferable to use a cellulose component having a degree of polymerization of 500 or more, and it is more preferable to use a cellulose component having a degree of polymerization of 600 or more. The upper limit of the degree of polymerization of the cellulose component is not particularly limited, but is preferably 100,000, for example.
セルロースに含まれる純粋なセルロース成分の結晶化度に関しても、低い方が、セルロースが解繊されやすい傾向にあるが、高い方が弾性率の高い複合体、及び組成物を得ることができる。高強度の組成物を得るためには、セルロースに含まれる純粋なセルロース成分の結晶化度を60%以上とすることが好ましく、70%以上とすることが、より好ましい。セルロースの結晶化度の上限としては、特に限定はないが、例えば、99%とすることが好ましく、98%とすることがより好ましい。セルロース成分の結晶構造は、I型、II型、III型、及びIV型を挙げることができるが、中でも、樹脂の補強という観点からは、弾性率などの高いI型結晶構造のセルロース成分であることが好ましい。 Regarding the degree of crystallinity of the pure cellulose component contained in cellulose, the lower the crystallinity, the easier it is for the cellulose to be defibrated, but the higher the crystallinity, the higher the elastic modulus and the composition can be obtained. In order to obtain a high-strength composition, the crystallinity of the pure cellulose component contained in cellulose is preferably 60% or more, and more preferably 70% or more. The upper limit of the crystallinity of cellulose is not particularly limited, but is preferably 99%, more preferably 98%, for example. Examples of the crystal structure of the cellulose component include type I, type II, type III, and type IV, and among them, from the viewpoint of reinforcing the resin, it is a cellulose component having a type I crystal structure having a high elastic modulus. Is preferable.
パルプに含まれるセルロース繊維は通常直径10~100μmであることが多いが、本発明で使用するセルロースナノファイバーは、周方向断面の直径1~10μmの繊維状に微細化されていることが好ましく、セルロースナノファイバーであることがより好ましい。より具体的には、直径3~1000nmのセルロースナノファイバーであることがより好ましく、直径3~100nmのセルロースナノファイバーであることがさらに好ましい。ただし、全てが微細化されている必要はなく、一部であってもよい。尚、本明細書において、セルロースナノファイバーの直径は、ランダムに抽出した50本以上のセルロースナノファイバーをSEM観察して得られるメジアン径であると定義する。 Cellulose fibers contained in pulp are usually 10 to 100 μm in diameter, but the cellulose nanofibers used in the present invention are preferably finely divided into fibers having a diameter of 1 to 10 μm in the circumferential cross section. Cellulose nanofibers are more preferred. More specifically, cellulose nanofibers having a diameter of 3 to 1000 nm are more preferable, and cellulose nanofibers having a diameter of 3 to 100 nm are even more preferable. However, not all of them need to be miniaturized, and some of them may be used. In this specification, the diameter of the cellulose nanofibers is defined as the median diameter obtained by observing 50 or more randomly selected cellulose nanofibers by SEM.
一般的に、セルロースに関しては、長さ、結晶性、及び重合度を損なわず理想的に微細化され、理想的に分散した場合に、得られる樹脂組成物の強度が発現すると考えられる。ただし、実際は細く長いナノファイバーほど凝集し、樹脂組成物の強度が得られないことも想定される。また、ナノサイズまで微細化させることにより、ナノファイバーの長さ、結晶性、重合度の低下が発生するケースがあるため、適切な微細化の度合いは目的と微細化する手段によって異なる。 In general, it is considered that cellulose is ideally miniaturized without impairing its length, crystallinity, and degree of polymerization, and the strength of the obtained resin composition is exhibited when it is ideally dispersed. However, in reality, it is assumed that the thinner and longer the nanofibers are, the more they aggregate and the strength of the resin composition cannot be obtained. Further, since there are cases where the length, crystallinity, and degree of polymerization of the nanofibers are reduced by miniaturizing to the nano size, the appropriate degree of miniaturization differs depending on the purpose and the means for miniaturization.
セルロースを微細化する方法については、公知の方法を広く採用することが可能であり、特に限定はない。具体的には、高圧ホモジナイザー法、水中対抗衝突法、グラインダー法、ボールミル法、二軸混練法等の物理的方法でもよく、TEMPO触媒、リン酸、二塩基酸、硫酸、塩酸などを用いた化学的な方法でもよい。通常、物理的方法ではナノファイバーの直径は10~1000nmとなるが、化学的方法ではさらに細い3~10nmの直径のセルロースナノファイバーを得ることができる。一方で、直径が細く、アスペクト比が大きいほど、得られる樹脂組成物の高い強度等の物性を期待できるが、高粘度化して生産効率が低下したり、凝集したりして、高強度が発揮できない可能性もある。 As a method for refining cellulose, a known method can be widely adopted, and there is no particular limitation. Specifically, physical methods such as a high-pressure homogenizer method, an underwater counter-collision method, a grinder method, a ball mill method, and a biaxial kneading method may be used, and chemistry using a TEMPO catalyst, phosphoric acid, dibasic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or the like may be used. Method may be used. Normally, the diameter of nanofibers is 10 to 1000 nm by a physical method, but cellulose nanofibers having a diameter of 3 to 10 nm, which is finer by a chemical method, can be obtained. On the other hand, the smaller the diameter and the larger the aspect ratio, the higher the physical properties such as the strength of the obtained resin composition can be expected. It may not be possible.
(1.3.エポキシ系樹脂層)
エポキシ系樹脂層は、セルロースに疎水性を付与するという目的で、セルロース表面の一部又は全体を被覆して設けられる。
(1.3. Epoxy resin layer)
The epoxy resin layer is provided by covering a part or the whole of the surface of the cellulose for the purpose of imparting hydrophobicity to the cellulose.
本発明における複合体には、混練時にセルロース、及び樹脂双方と反応して架橋構造を構成しやすいということから1分子当たり1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物を使用する。 For the composite in the present invention, an epoxy compound having one epoxy group per molecule is used because it easily reacts with both cellulose and resin during kneading to form a crosslinked structure.
エポキシ化合物は、脂肪族構造を有するものであっても、芳香族構造を有するものであってもよい。但し、得られる樹脂組成物の弾性率及び耐熱性を良好なものとするために、分子量が350以下のエポキシ化合物を採用することが好ましく、分子量300以下のエポキシ化合物を採用することがより好ましい。分子量の下限値としては特に限定的ではないが、例えば、100以上のエポキシ化合物を採用することが好ましい。 The epoxy compound may have an aliphatic structure or an aromatic structure. However, in order to improve the elastic modulus and heat resistance of the obtained resin composition, it is preferable to use an epoxy compound having a molecular weight of 350 or less, and it is more preferable to use an epoxy compound having a molecular weight of 300 or less. The lower limit of the molecular weight is not particularly limited, but for example, it is preferable to use 100 or more epoxy compounds.
また、複合体をポリエチレンやポリプロピレンなど、エポキシとの反応基を持たないポリオレフィン樹脂と組み合わせて使用する場合は、より疎水化するという観点で、芳香環構造を有するエポキシ化合物、もしくはグリシジルエーテル基以外のエーテル構造を有さないエポキシ化合物を使用することが好ましい。 Further, when the composite is used in combination with a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene which does not have a reactive group with epoxy, an epoxy compound having an aromatic ring structure or an epoxy compound other than a glycidyl ether group is used from the viewpoint of making it more hydrophobic. It is preferable to use an epoxy compound having no ether structure.
特に、当該芳香環が脂肪族置換基を有するエポキシ化合物を採用することで、さらに疎水性を上げる、もしくは柔軟性を付与するという効果を得ることができる。かかるエポキシ化合物としては、o-クレジルグリシジルエーテル(o-クレゾールのグリシジルエーテル)、p-トリルグリシジルエーテル、m、p-クレジルグリシジルエーテル、p-tert-ブチルフェニルグリシジルエーテル等を挙げることができる。 In particular, by adopting an epoxy compound in which the aromatic ring has an aliphatic substituent, it is possible to obtain the effect of further increasing the hydrophobicity or imparting flexibility. Examples of such epoxy compounds include o-cresyl glycidyl ether (o-cresol glycidyl ether), p-tolyl glycidyl ether, m, p-cresyl glycidyl ether, p-tert-butylphenyl glycidyl ether and the like. ..
また、エポキシ化合物としては、下記一般式(1)及び(2)で表わされる基の双方を有するものを採用することにより、疎水性と柔軟性の制御という効果を得ることができる。かかる態様としては特に限定はなく、具体的には、グリシジルエーテル構造を挙げることができる。 Further, as the epoxy compound, by adopting a compound having both the groups represented by the following general formulas (1) and (2), the effect of controlling hydrophobicity and flexibility can be obtained. The embodiment is not particularly limited, and specific examples thereof include a glycidyl ether structure.
上述の如く、一般式(2)中のR1、R2及びR3は、それぞれ独立に、任意の置換基又は水素原子を表わすことが好ましい。より具体的には、R1、R2及びR3それぞれ独立に、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、及びそれらの誘導体からなる群より選択される置換基又は水素原子により、表わすことが可能である。 As described above, it is preferable that R 1 , R 2 and R 3 in the general formula (2) independently represent an arbitrary substituent or a hydrogen atom. More specifically, R 1 , R 2 and R 3 are each independently represented by a substituent or a hydrogen atom selected from the group consisting of an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and a derivative thereof. It is possible.
その他のエポキシ化合物の態様としては、エーテル構造を有し、該エーテル構造として、上記一般式(1)で表わされるエーテル構造のみを有するものが好ましい。かかる構成を採用することにより、より疎水性を高めることができる。 As an embodiment of the other epoxy compound, it is preferable that the epoxy compound has an ether structure, and the ether structure has only the ether structure represented by the above general formula (1). By adopting such a configuration, the hydrophobicity can be further enhanced.
エポキシ基を1つ有する化合物としては、公知のものを広く採用することが可能であり、例えば、脂肪族アルコール系エポキシ化合物、エポキシ化植物油(一般名称。不飽和脂肪酸を含む植物油の二重結合を酸化させたエポキシ基を有する植物油)、エポキシ化ゴム(エポキシ化ポリブタジエン、エポキシ化SEBS、エポキシ化天然ゴムなど)、及び芳香族フェノール系エポキシ化合物を例示することができる。 As the compound having one epoxy group, known ones can be widely adopted. For example, an aliphatic alcohol-based epoxy compound and an epoxidized vegetable oil (general name; a double bond of a vegetable oil containing an unsaturated fatty acid can be used. Vegetable oils having an oxidized epoxy group), epoxidized rubbers (epoxidized polybutadiene, epoxidized SEBS, epoxidized natural rubbers, etc.), and aromatic phenolic epoxy compounds can be exemplified.
脂肪族アルコール系エポキシ化合物として、より具体的には、ブタノール(C4)~ステアリルアルコール(C18)のグリシジルエーテルが例示される。かかる構成を採用することによりエポキシ化合物の分子量が適切な値に設定され、その結果、得られる樹脂組成物の弾性率及び耐熱性を良好なものとしつつ、複合体の製造時にエポキシ化合物が揮発することが抑制され、複合体による優れた疎水化効果を期待することができる。また、エチルヘキサノール(C8)のグリシジルエーテルのように分岐を有する化合物であってもよい。炭素数はC4~C18とすることが、より好ましい。 More specifically, examples of the aliphatic alcohol-based epoxy compound are glycidyl ethers of butanol (C4) to stearyl alcohol (C18). By adopting such a structure, the molecular weight of the epoxy compound is set to an appropriate value, and as a result, the epoxy compound volatilizes during the production of the complex while improving the elastic modulus and heat resistance of the obtained resin composition. This is suppressed, and an excellent hydrophobizing effect can be expected from the complex. Further, it may be a compound having a branch such as glycidyl ether of ethylhexanol (C8). It is more preferable that the number of carbon atoms is C4 to C18.
エポキシ化植物油としてはエポキシ化大豆油、エポキシ化亜麻仁油、エポキシ化ゴムとしては、エポキシ化ポリブタジエン、エポキシ化SEBS、エポキシ化SBS、エポキシ化天然ゴムを挙げることができる。 Examples of the epoxidized vegetable oil include epoxidized soybean oil and epoxidized flaxseed oil, and examples of the epoxidized rubber include epoxidized polybutadiene, epoxidized SEBS, epoxidized SBS, and epoxidized natural rubber.
芳香族フェノール系エポキシ化合物としては、芳香族フェノール系グリシジルエーテルが好ましく、より具体的には、フェノールのグリシジルエーテル、もしくはそれの置換体(クレゾール、t-ブチルフェノール)のグリシジルエーテル、オルトフェニルフェノールのグリシジルエーテル、ナフトールのグリシジルエーテル等が例示される As the aromatic phenol-based epoxy compound, aromatic phenol-based glycidyl ether is preferable, and more specifically, phenol glycidyl ether, glycidyl ether of a substitute thereof (cresol, t-butylphenol), orthophenylphenol glycidyl. Examples include ether, glycidyl ether of naphthol, and the like.
また、複合体中におけるエポキシ化合物の含有量は、セルロースナノファイバー(固形成分換算)100質量部に対して、2~100質量部であることが好ましく、5~75質量部であることが、より好ましい。かかる構成を採用することにより、凝集防止と疎水化という効果を得ることができる。 The content of the epoxy compound in the complex is preferably 2 to 100 parts by mass, more preferably 5 to 75 parts by mass, based on 100 parts by mass of the cellulose nanofibers (in terms of solid components). preferable. By adopting such a configuration, the effects of preventing aggregation and hydrophobizing can be obtained.
エポキシ系樹脂層の厚みは、特に限定はないが、例えば、1~1000nmであることが好ましい。 The thickness of the epoxy resin layer is not particularly limited, but is preferably 1 to 1000 nm, for example.
エポキシ系樹脂層は、複合体及び樹脂組成物の使用目的に応じて、上記エポキシ化合物以外にエポキシ樹脂の硬化剤、効果促進剤、無機金属酸化物、及び炭素材料からなる群より選択される1種以上の添加物を、さらに含んでもよい。 The epoxy resin layer is selected from the group consisting of an epoxy resin curing agent, an effect accelerator, an inorganic metal oxide, and a carbon material in addition to the above epoxy compound, depending on the purpose of use of the composite and the resin composition. Additives above the seed may be further included.
以上にしてなる本発明の複合体は、例えば、エポキシ化合物を、有機溶媒に溶解させ、これにセルロースナノファイバーを混練する等の方法により、得ることができる。 The composite of the present invention as described above can be obtained, for example, by dissolving an epoxy compound in an organic solvent and kneading cellulose nanofibers therein.
(2.組成物)
本発明の組成物は、有機溶媒中に、本発明の複合体を含んで構成されることが好ましい。
(2. Composition)
The composition of the present invention is preferably composed by containing the complex of the present invention in an organic solvent.
(2.1.有機溶媒)
有機溶媒としては、公知の有機溶媒を広く採用することが可能であるが、後述する樹脂組成物を得る際に、セルロースの凝集を防ぎつつ水を除くことを可能とするために、沸点が110℃以上の有機溶媒を採用することが好ましい。一方、かかる有機溶媒を容易に除くことを可能とするという観点から、沸点が250℃以下の有機溶媒を使用することが好ましい。
(2.1. Organic solvent)
As the organic solvent, a known organic solvent can be widely used, but the boiling point is 110 in order to prevent water from agglomerating while preventing the aggregation of cellulose when obtaining the resin composition described later. It is preferable to use an organic solvent having a temperature of ° C or higher. On the other hand, from the viewpoint of making it possible to easily remove such an organic solvent, it is preferable to use an organic solvent having a boiling point of 250 ° C. or lower.
また、有機溶媒を含んだ状態で加水分解性の樹脂と混練を行う場合に、アルコリシスを避けるという理由から、加水分解性樹脂との混練が想定される場合には、水酸基を有していない有機溶媒を採用することが好ましい。 In addition, when kneading with a hydrolyzable resin in a state containing an organic solvent, if kneading with a hydrolyzable resin is assumed for the reason of avoiding arcolisis, an organic having no hydroxyl group is expected. It is preferable to use a solvent.
有機溶媒としては、より具体的には、水及びエポキシの双方に対して親和性を有する両アルコール系、ケトン系、グリコール系、ラクトン系、ラクタム系、アミド系、スルホキシド系、エーテル系などの両親媒性の有機溶媒を用いることが好ましい。また、溶媒が残留した状態で組成物を混練することを考慮すると、ケトン系、両末端がエーテル化されて水酸基を有しないグリコール系、ラクトン系、ラクタム系、アミド系、及びスルホキシド系からなる群より選択される1種以上の有機溶媒を使用することが好ましい。 More specifically, the organic solvent is a parent of both alcohols, ketones, glycols, lactones, lactams, amides, sulfoxides, ethers, etc., which have an affinity for both water and epoxy. It is preferable to use a medium organic solvent. Further, considering that the composition is kneaded with the solvent remaining, a group consisting of a ketone type, a glycol type having both ends etherified and having no hydroxyl group, a lactone type, a lactam type, an amide type, and a sulfoxide type. It is preferable to use one or more organic solvents selected from the above.
(2.2.水)
組成物は、セルロースの凝集を防止するために、有機溶媒に加えて、さらに水を含んでもよい。水の含有量は、組成物100質量%中に0.1~10質量%であることが好ましい。
(2.2. Water)
The composition may further contain water in addition to the organic solvent to prevent the aggregation of cellulose. The water content is preferably 0.1 to 10% by mass in 100% by mass of the composition.
(3.樹脂組成物)
本発明の複合体及び樹脂を含んだ樹脂組成物とすることも、好ましい。かかる樹脂組成物は、複合体を含まない樹脂組成物に比べて、硬化後の強度及び弾性率に優れる。
(3. Resin composition)
It is also preferable to prepare a resin composition containing the complex and the resin of the present invention. Such a resin composition is superior in strength and elastic modulus after curing as compared with a resin composition containing no complex.
(3.1.樹脂)
使用する樹脂としては、セルロースは本発明における複合体を形成しても極性を有するという理由、および余剰のエポキシとの相溶性を有するという理由から、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、及びポリカーボネート系樹脂からなる群より選択される1種以上を使用することが好ましい。ただし、複合体の表面にエポキシを担持し、複合体としては極性の低い状態となっていることから、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類、ポリスチレン、ABS樹脂、SEBS樹脂、SBS樹脂、AS樹脂などポリスチレン系樹脂類など、極性の低い樹脂を用いてもよい。また、環境性の観点でバイオマス比率を上げる方が好ましいという理由から、バイオマスプラスチック及び微生物産生プラスチックからなる群より選択される1種以上を使用することが好ましい。
(3.1. Resin)
As the resin to be used, polyester-based resin, polyamide-based resin, and polycarbonate-based resin because cellulose has polarity even when the composite in the present invention is formed and because it has compatibility with excess epoxy. It is preferable to use one or more selected from the group consisting of. However, since epoxy is supported on the surface of the composite and the composite has a low polarity, polystyrene such as polyethylene and polypropylene, polystyrene, ABS resin, SEBS resin, SBS resin, and AS resin are polystyrene. Resins with low polarity such as based resins may be used. Further, since it is preferable to increase the biomass ratio from the viewpoint of environmental friendliness, it is preferable to use one or more selected from the group consisting of biomass plastics and microbially produced plastics.
セルロースの高い弾性率を活用するという理由で、ゴムもしくは熱可塑性エラストマーを用いてもよい。ゴムとしては、ジエン系ゴム、オレフィン系ゴム、アクリル系ゴム、ブチルゴム、エピクロロヒドリンゴム、シリコーン系ゴム、多硫化ゴム、フッ素ゴムなどが挙げられ、相溶性の観点でジエン系ゴム、オレフィン系ゴムが好ましい。熱可塑性エラストマーとしては、スチレン系、オレフィン系、エステル系、ウレタン系、アミド系、ポリ塩化ビニル系、フッ素系が挙げられ、相溶性の観点でオレフィン系、エステル系、アミド系が好ましい。 Rubber or thermoplastic elastomers may be used because of the high modulus of elasticity of cellulose. Examples of the rubber include diene rubber, olefin rubber, acrylic rubber, butyl rubber, epichlorohydrin rubber, silicone rubber, polysulfide rubber, fluororubber, etc., and diene rubber and olefin rubber from the viewpoint of compatibility. Is preferable. Examples of the thermoplastic elastomer include styrene-based, olefin-based, ester-based, urethane-based, amide-based, polyvinyl chloride-based, and fluorine-based, and olefin-based, ester-based, and amide-based are preferable from the viewpoint of compatibility.
より具体的には、ポリ乳酸、ポリアミド4、ポリアミド11、ポリブチレンサクシネート、ポリヒドロキシブチレート、及びこれらの構造を含有する共重合体からなる群より選択される1種以上を使用することが好ましい。また、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびその構造を有する共重合体(ランダムポリマー、ブロックポリマー)を用いてもよい。 More specifically, one or more selected from the group consisting of polylactic acid, polyamide 4, polyamide 11, polybutylene succinate, polyhydroxybutyrate, and a copolymer containing these structures may be used. preferable. Further, polyethylene, polypropylene, and a copolymer having the structure thereof (random polymer, block polymer) may be used.
ジエン系ゴムとしては、スチレン-ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル-ブタジエンゴムが好ましく、オレフィン系ゴムとしては、エチレン-プロピレンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴムが好ましい。 The diene rubber is preferably styrene-butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, chloroprene rubber, and acrylonitrile-butadiene rubber, and the olefin rubber is preferably ethylene-propylene rubber or ethylene-propylene-diene rubber.
熱可塑性エラストマーとしては、ポリエチレン構造、ポリプロピレン構造、ブタジエン構造、ポリエチレンテレフタレート構造、ポリアミド6構造、ポリアミド66構造、ポリアミド11構造、ポリアミド12構造を有するものが好ましく、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン共重合体、スチレン-ブタジエン-スチレン共重合体、スチレン-ブチレン-ブタジエン-スチレン共重合体のようにオレフィン構造もしくはジエン構造を有しながら、別の系統であるスチレン構造を含んでもよい。 The thermoplastic elastomer preferably has a polyethylene structure, a polypropylene structure, a butadiene structure, a polyethylene terephthalate structure, a polyamide 6 structure, a polyamide 66 structure, a polyamide 11 structure, and a polyamide 12 structure, and is a styrene-ethylene-butylene-styrene copolymer. , Styrene-butadiene-styrene copolymer, styrene-butylene-butadiene-styrene copolymer, etc. may contain a styrene structure which is another system while having an olefin structure or a diene structure.
本発明の樹脂組成物は、有機溶媒及び複合体を含んで構成される、上記した複合体に、樹脂を混合し、加熱等することにより有機溶媒や水を揮発(蒸発)させることにより、得ることができる。 The resin composition of the present invention is obtained by mixing (evaporating) the organic solvent and water by mixing the resin with the above-mentioned composite, which is composed of the organic solvent and the composite, and heating or the like. be able to.
(4.複合体の製造方法)
本発明の、複合体の製造方法は、セルロース、及び該セルロース表面の一部又は全体を被覆するエポキシ系樹脂層を有する複合体の製造方法であって、前記セルロースに、1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物及び有機溶媒を含有するエポキシ系樹脂層形成用溶液を加える工程1を有することを特徴とする。
(4. Method for manufacturing complex)
The method for producing a composite of the present invention is a method for producing a composite having cellulose and an epoxy-based resin layer covering a part or the whole of the surface of the cellulose, and the cellulose has one epoxy group. It is characterized by having a step 1 of adding a solution for forming an epoxy-based resin layer containing an epoxy compound and an organic solvent.
セルロース、1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物、及び有機溶媒については、上述したものを、使用することができる。 As the cellulose, the epoxy compound having one epoxy group, and the organic solvent, those described above can be used.
セルロースに、1つのエポキシ基を有するエポキシ化合物及び有機溶媒を含有するエポキシ系樹脂層形成用溶液を加える方法としては、これら全てを混合することが好ましい。かかる混合操作のより具体的な態様としては、溶融混練であってもよいし、有機溶媒を介した混合であってもよい。中でも、溶融混練を採用することにより、生産性を向上させることが可能となるだけでなく、複合体の分散性も良好となる。 As a method of adding an epoxy resin layer forming solution containing an epoxy compound having one epoxy group and an organic solvent to cellulose, it is preferable to mix all of them. As a more specific embodiment of such a mixing operation, it may be melt-kneading or mixing via an organic solvent. Above all, by adopting melt-kneading, not only the productivity can be improved, but also the dispersibility of the complex becomes good.
また、前記エポキシ系樹脂層形成用溶液が、さらに、水を含有し、前記工程1の後に、加熱及び/又は減圧により、エポキシ系樹脂層形成用溶液中の水を除去する工程2を有していてもよい。 Further, the epoxy resin layer forming solution further contains water, and after the step 1, there is a step 2 of removing the water in the epoxy resin layer forming solution by heating and / or depressurizing. May be.
加熱操作は、公知の方法を広く採用することが可能であり、特に限定はない。具体的には、静置型の熱風乾燥機、真空乾燥機、回転式のエバポレーター、混合式の乾燥機(コニカルドライヤー、ナウタードライヤーなど)、を使用して加熱する方法を採用することが可能である。加熱の温度条件としては、40~200℃に設定することが好ましく、60~150℃に設定することがより好ましい。 The heating operation can be widely adopted by a known method, and is not particularly limited. Specifically, it is possible to adopt a method of heating using a static hot air dryer, a vacuum dryer, a rotary evaporator, and a mixed dryer (conical dryer, nower dryer, etc.). be. The heating temperature condition is preferably set to 40 to 200 ° C, more preferably 60 to 150 ° C.
減圧操作についても、公知の方法を広く採用することが可能であり、特に限定はない。具体的には、オイルポンプ、オイルレスポンプ、アスピレータ等の装置を利用して減圧すればよい。減圧操作における圧力条件としては、0.00001~0.05MPaに設定することが好ましく、0.00001~0.03MPaに設定することがより好ましい。 As for the depressurization operation, a known method can be widely adopted, and there is no particular limitation. Specifically, the pressure may be reduced by using a device such as an oil pump, an oilless pump, or an aspirator. The pressure condition in the depressurization operation is preferably set to 0.00001 to 0.05 MPa, more preferably 0.00001 to 0.03 MPa.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these examples, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention.
以下、実施例に基づき、本発明の実施形態をより具体的に説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.
(実施例1)
グラインダー法で解繊された直径100nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(固形分20質量%の水湿潤体150g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gとステアリルアルコールグリシジルエーテル15g(セルロースナノファイバー100質量部に対し、エポキシ化合物50質量部)を加え、撹拌した後、80℃で減圧して湿潤した150gの複合体を得た。その後、複合体150gとポリ乳酸(ユニチカ製 TE-2000)255gを、二軸押出機(テクノベル製15mmφ, L/D=30)を用いて190℃で溶融混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
(Example 1)
1800 g of diethylene glycol dimethyl ether and 15 g of stearyl alcohol glycidyl ether (cellulose nanofiber 100) are added to 30 g of cellulose nanofibers (150 g of water-wet body having a solid content of 20% by mass) containing 50% or more of fibers having a diameter of 100 nm or less defibrated by the grinder method. 50 parts by mass of the epoxy compound) was added to the mass part, and after stirring, the pressure was reduced at 80 ° C. to obtain a wet composite of 150 g. Then, 150 g of the complex and 255 g of polylactic acid (TE-2000 manufactured by Unitika) were melt-kneaded at 190 ° C. using a twin-screw extruder (15 mmφ, L / D = 30 manufactured by Technobel) to obtain 250 g of a resin composition. rice field. The obtained resin composition was dried at 80 ° C. for 24 hours, and then used by an injection molding machine (Emerging Servic, C, MOBILE-0813) to have a length of 75 mm × a parallel portion width of 5 mm × a parallel portion length of 35. It was formed into a dumbbell test piece of mm × thickness of 2 mm.
(実施例2)
ステアリルアルコールグリシジルエーテル15gをo-フェニルフェノールグリシジルエーテル15gに変更した以外は、実施例1と同様にして試験片を得た。
(Example 2)
A test piece was obtained in the same manner as in Example 1 except that 15 g of stearyl alcohol glycidyl ether was changed to 15 g of o-phenylphenol glycidyl ether.
(実施例3)
ステアリルアルコールグリシジルエーテル15gをエチルヘキシルアルコールグリシジルエーテル15gに変更した以外は、実施例1と同様にして試験片を得た。
(Example 3)
A test piece was obtained in the same manner as in Example 1 except that 15 g of stearyl alcohol glycidyl ether was changed to 15 g of ethylhexyl alcohol glycidyl ether.
(実施例4)
ステアリルアルコールグリシジルエーテル15gをエチルヘキサン酸グリシジルエステル15gに変更した以外は、実施例1と同様にして試験片を得た。
(Example 4)
A test piece was obtained in the same manner as in Example 1 except that 15 g of stearyl alcohol glycidyl ether was changed to 15 g of ethylcaproic acid glycidyl ester.
(実施例5)
ステアリルアルコールグリシジルエーテル15gをo-クレゾールグリシジルエーテル15gに変更した以外は、実施例1と同様にして試験片を得た。
(Example 5)
Test pieces were obtained in the same manner as in Example 1 except that 15 g of stearyl alcohol glycidyl ether was changed to 15 g of o-cresol glycidyl ether.
(実施例6)
ステアリルアルコールグリシジルエーテル15gを4-t-ブチルフェノールグリシジルエーテル15gに変更した以外は、実施例1と同様にして試験片を得た。
(Example 6)
A test piece was obtained in the same manner as in Example 1 except that 15 g of stearyl alcohol glycidyl ether was changed to 15 g of 4-t-butylphenol glycidyl ether.
(実施例7)
ステアリルアルコールグリシジルエーテル15gを1,2-エポキシテトラデカン15gに変更した以外は、実施例1と同様にして試験片を得た。
(Example 7)
Test pieces were obtained in the same manner as in Example 1 except that 15 g of stearyl alcohol glycidyl ether was changed to 15 g of 1,2-epoxytetradecane.
(実施例8)
グラインダー法で解繊された直径100nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(固形分20質量%の水湿潤体150g)に、シクロヘキサノン1800gとo-クレゾールグリシジルエーテル15g(セルロースナノファイバー100質量部に対し、エポキシ化合物50質量部)を加え、撹拌した後、80℃で減圧して湿潤した150gの複合体を得た。その後、複合体150gとポリプロピレン(日本ポリプロ:ノバテックBC06C)255gを、二軸押出機(テクノベル製15mmφ, L/D=30)を用いて220℃で溶融混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
(Example 8)
1800 g of cyclohexanone and 15 g of o-cresol glycidyl ether (cellulose nanofiber 100) in 30 g of cellulose nanofibers (150 g of water-wet body having a solid content of 20% by mass) containing 50% or more of fibers having a diameter of 100 nm or less defibrated by the grinder method. 50 parts by mass of the epoxy compound) was added to the mass part, and after stirring, the pressure was reduced at 80 ° C. to obtain a wet composite of 150 g. Then, 150 g of the complex and 255 g of polypropylene (Japan Polypropylene: Novatec BC06C) were melt-kneaded at 220 ° C. using a twin-screw extruder (Technobel 15 mmφ, L / D = 30) to obtain 250 g of a resin composition. .. The obtained resin composition was dried at 80 ° C. for 24 hours, and then used by an injection molding machine (Emerging Servic, C, MOBILE-0813) to have a length of 75 mm × a parallel portion width of 5 mm × a parallel portion length of 35. It was formed into a dumbbell test piece of mm × thickness of 2 mm.
(実施例9)
o-クレゾールグリシジルエーテル15gを1,2-エポキシテトラデカン15gに変更した以外は、実施例8と同様にして試験片を得た。
(Example 9)
Test pieces were obtained in the same manner as in Example 8 except that 15 g of o-cresol glycidyl ether was changed to 15 g of 1,2-epoxytetradecane.
(実施例10)
o-クレゾールグリシジルエーテル15gをエチルヘキシルアルコールグリシジルエーテル15gに変更した以外は、実施例8と同様にして試験片を得た。
(Example 10)
Test pieces were obtained in the same manner as in Example 8 except that 15 g of o-cresol glycidyl ether was changed to 15 g of ethylhexyl alcohol glycidyl ether.
(実施例11)
o-クレゾールグリシジルエーテル15gをエチルヘキサン酸グリシジルエステル15gに変更した以外は、実施例8と同様にして試験片を得た。
(Example 11)
Test pieces were obtained in the same manner as in Example 8 except that 15 g of o-cresol glycidyl ether was changed to 15 g of ethylcaproic acid glycidyl ester.
(実施例12)
o-クレゾールグリシジルエーテル15gをo-フェニルフェノールグリシジルエーテル15gに変更した以外は、実施例8と同様にして試験片を得た。
(Example 12)
A test piece was obtained in the same manner as in Example 8 except that 15 g of o-cresol glycidyl ether was changed to 15 g of o-phenylphenol glycidyl ether.
(比較例1)
ポリ乳酸(ユニチカ製TE-2000)200gを二軸押出機を用いて溶融混練したものを80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機を用いてダンベル試験片に成形した。
(Comparative Example 1)
200 g of polylactic acid (TE-2000 manufactured by Unitika Ltd.) was melt-kneaded using a twin-screw extruder, dried at 80 ° C. for 24 hours, and then molded into a dumbbell test piece using an injection molding machine.
(比較例2)
微細化された直径50nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(ダイセルファインケム製セリッシュKY-110N,固形分15重量%の水湿潤体200g)に、ジエチレングリコールジメチルエーテル1800gを加え、撹拌した後、80℃で減圧して溶媒に湿潤した湿潤体150gを得た(当該湿潤体には、エポキシ系樹脂層が形成されてない)。そのセルロースナノファイバー30gを含む湿潤体とポリ乳酸(ユニチカ製TE-2000)270gを190℃で混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後,射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
(Comparative Example 2)
After adding 1800 g of diethylene glycol dimethyl ether to 30 g of cellulose nanofibers (Selish KY-110N manufactured by Daicel FineChem, 200 g of water-wet body having a solid content of 15% by weight) containing 50% or more of finely divided fibers having a diameter of 50 nm or less, and then stirring. , 150 g of a wet body wetted with a solvent was obtained by reducing the pressure at 80 ° C. (the wet body does not have an epoxy resin layer formed). A wet body containing 30 g of the cellulose nanofibers and 270 g of polylactic acid (TE-2000 manufactured by Unitika Ltd.) were kneaded at 190 ° C. to obtain 250 g of a resin composition. The obtained resin composition was dried at 80 ° C. for 24 hours, and then used by an injection molding machine (Emerging Servic, C, MOBILE-0813) to have a length of 75 mm × a parallel portion width of 5 mm × a parallel portion length of 35. It was formed into a dumbbell test piece of mm × thickness of 2 mm.
(比較例3)
ポリプロピレン(日本ポリプロ:ノバテックBC06C)200gを二軸押出機を用いて溶融混練したものを80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機を用いてダンベル試験片に成形した。
(Comparative Example 3)
200 g of polypropylene (Japan Polypropylene: Novatec BC06C) was melt-kneaded using a twin-screw extruder, dried at 80 ° C. for 24 hours, and then molded into a dumbbell test piece using an injection molding machine.
(比較例4)
グラインダー法で解繊された直径100nmの以下の繊維を50%以上含むセルロースナノファイバー30g(固形分20質量%の水湿潤体150g)に、シクロヘキサノン1800gを加え、撹拌した後、80℃で減圧して湿潤した150gの複合体を得た。得られた、複合体150gとポリプロピレン(日本ポリプロ:ノバテックBC06C)270gを、二軸押出機(テクノベル製15mmφ, L/D=30)を用いて220℃で溶融混練し、250gの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物は80℃で24時間乾燥を行った後、射出成形機(新興セルビック,C,MOBILE-0813)を用いて、長さ75 mm×平行部幅5 mm×平行部長さ35 mm×厚さ2 mmのダンベル試験片に成形した。
(Comparative Example 4)
1800 g of cyclohexanone is added to 30 g of cellulose nanofibers (150 g of a water-wet body having a solid content of 20% by mass) containing 50% or more of fibers having a diameter of 100 nm or less defibrated by the grinder method, and after stirring, the pressure is reduced at 80 ° C. Wet to obtain 150 g of the complex. The obtained composite 150 g and polypropylene (Japan Polypropylene: Novatec BC06C) 270 g were melt-kneaded at 220 ° C. using a twin-screw extruder (Technobel 15 mmφ, L / D = 30) to obtain 250 g of a resin composition. Obtained. The obtained resin composition was dried at 80 ° C. for 24 hours, and then used by an injection molding machine (Emerging Servic, C, MOBILE-0813) to have a length of 75 mm × a parallel portion width of 5 mm × a parallel portion length of 35. It was formed into a dumbbell test piece of mm × thickness of 2 mm.
(比較例5)
o-クレゾールグリシジルエーテル15gをタンニン酸15gに変更した以外は、実施例8と同様にして、試験片を得た。
(Comparative Example 5)
Test pieces were obtained in the same manner as in Example 8 except that 15 g of o-cresol glycidyl ether was changed to 15 g of tannic acid.
(比較例6)
o-クレゾールグリシジルエーテル15gをPPへのフィラー分散促進剤であるチラバゾールD-818M:15gに変更した以外は、実施例8と同様にして試験片を作製した。
(Comparative Example 6)
A test piece was prepared in the same manner as in Example 8 except that 15 g of o-cresol glycidyl ether was changed to tirabazole D-818M: 15 g, which is a filler dispersion promoter in PP.
(引張強度、引張弾性試験)
各実施例及び比較例の試験片に対し、万能材料試験機(Instron 5567)を用いて雰囲気温度23℃、引張速度10 mm/min n=5で引張試験を行い、引張強度及び引張弾性率を算出した。得られた結果を、下記表1に示す。
(Tensile strength, tensile elasticity test)
Tensile tests were performed on the test pieces of each example and comparative example at an atmospheric temperature of 23 ° C and a tensile speed of 10 mm / min n = 5 using a universal material testing machine (Instron 5567) to determine the tensile strength and tensile modulus. Calculated. The obtained results are shown in Table 1 below.
表1に示す通り、各実施例の試験片は、各比較例の試験片と比較して、強度に優れていることが確認された。 As shown in Table 1, it was confirmed that the test pieces of each example were superior in strength to the test pieces of each comparative example.
Claims (2)
前記セルロースに、1つのみのエポキシ基を有するエポキシ化合物及び有機溶媒を含有するエポキシ系化合物層形成用溶液を加える工程1を有し、
前記エポキシ化合物の構造式が芳香環を有することを特徴とする、製造方法。 A method for producing a complex having cellulose and an epoxy-based compound layer that does not chemically modify the cellulose and covers a part or the whole of the surface of the cellulose.
The step 1 comprises adding a solution for forming an epoxy compound layer containing an epoxy compound having only one epoxy group and an organic solvent to the cellulose.
A production method, wherein the structural formula of the epoxy compound has an aromatic ring.
前記工程1の後に、加熱及び/又は減圧により、前記エポキシ系化合物層形成用溶液中の水を除去する工程2を有する、請求項1に記載の製造方法。 The solution for forming an epoxy-based compound layer further contains water, and the solution contains water.
The production method according to claim 1, further comprising a step 2 of removing water in the epoxy-based compound layer forming solution by heating and / or depressurizing after the step 1.
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