JP7280220B2 - 脱泡促進用組成物 - Google Patents
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Description
本発明の脱泡促進用組成物は、気泡を含む流体、例えば水硬性組成物と接触したときに、表面自由エネルギーを低減することで当該流体の付着力を低減する。このことは、当該流体が本発明の脱泡促進用組成物との接触部位で移動しやすくなることを意味し、その結果、当該流体の型枠等への充填性が向上する。その際、本発明の脱泡促進用組成物が、平滑かつ緻密な表面を提供していることで、充填性はさらに向上し、流体の気泡は接触部位よりも流体内部に移動しやすくなる。例えば、水硬性組成物を、本発明の脱泡促進用組成物を塗布した型枠に充填した場合は、このような作用機構により、水硬性組成物の表面、すなわち、型枠に塗布した本発明の組成物と接触する部位に出現する気泡が順次、水硬性組成物内部へ移動し、表面での気泡痕を低減し、表面美観性を向上させると考えられる。
なお、本発明の脱泡促進用組成物を用いて流体の硬化体を製造するような場合に、当該硬化体に本発明の脱泡促進用組成物が移行して付着した状態であると、当該硬化体の表面に防汚性を付与する効果が期待できる。すなわち、例えば、本発明の脱泡促進用組成物を用いて水硬性組成物の硬化体を製造する場合に、硬化体の表面に本発明の脱泡促進用組成物が付着して硬化した場合、防汚性が付与されて、硬化体の保存中に付着するダスト等の付着を抑制し、表面美観性を維持することが期待される。
(A)成分は、疎水変性セルロース繊維である。疎水変性セルロース繊維は、例えば、疎水基が結合したセルロースからなる繊維である。
また、(A)成分としては、アニオン性基を有するセルロース繊維のアニオン性基に修飾基が結合した疎水変性セルロース繊維が挙げられる。
また、(A)成分としては、アニオン性基を有するセルロース繊維のアニオン性基及び水酸基から選ばれる1種類以上に修飾基が結合した疎水変性セルロース繊維が挙げられる。
これらの修飾基は、疎水性修飾基であってよい。
疎水変性セルロース繊維の原料のセルロース繊維としては、環境面から好ましくは天然セルロース繊維であり、例えば、針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ等の木材パルプ;コットンリンター、コットンリントのような綿系パルプ;麦わらパルプ、バガスパルプ等の非木材系パルプ;バクテリアセルロース等が挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明における疎水変性セルロース繊維(A)とは、アニオン変性セルロース繊維のアニオン性基に、修飾基を導入するための化合物が結合してなるセルロース繊維である。
アニオン変性セルロース繊維中に含まれるアニオン性基は、例えばカルボキシ基、スルホン酸基及びリン酸基等が挙げられ、セルロース繊維への導入効率の観点から、カルボキシ基であることが好ましい。アニオン変性セルロース繊維におけるアニオン性基の対となるイオン(カウンターイオン)としては、例えば、製造時のアルカリ存在下で生じるナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン及びアルミニウムイオン等の金属イオンや、これらの金属イオンを酸で置換して生じるプロトン等が挙げられる。
本発明で用いられるアニオン変性セルロース繊維におけるアニオン性基含有量は、修飾基導入の観点から、好ましくは0.1mmol/g以上であり、より好ましくは0.4mmol/g以上であり、更に好ましくは0.6mmol/g以上であり、更に好ましくは0.8mmol/g以上である。また、取り扱い性を向上させる観点から、好ましくは3mmol/g以下であり、より好ましくは2mmol/g以下であり、更に好ましくは1.8mmol/g以下である。なお、「アニオン性基含有量」とは、セルロース繊維を構成するセルロース中のアニオン性基の総量を意味し、具体的には後述の実施例に記載の方法により測定される。
本発明で用いられるアニオン変性セルロース繊維は、対象のセルロース繊維に酸化処理又はアニオン性基の付加処理を施して、少なくとも1つ以上のアニオン性基を導入してアニオン変性させることによって得ることができる。
アニオン変性の対象となるセルロース繊維としては、原料のセルロース繊維が挙げられる。脱泡促進用組成物への分散性(以下、分散性ともいう)の観点から、原料のセルロース繊維を、アルカリ加水分解処理や酸加水分解処理等で短繊維化処理した平均繊維長が1μm以上であり、1,000μm以下であるセルロース繊維を用いることが好ましい。
セルロース繊維にアニオン性基としてカルボキシ基を導入する方法としては、例えばセルロースの水酸基を酸化してカルボキシ基に変換する方法や、セルロースの水酸基にカルボキシ基を有する化合物、カルボキシ基を有する化合物の酸無水物及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種を反応させる方法が挙げられる。
本明細書において、カルボキシ基を有するセルロース繊維を「酸化セルロース繊維」と称する。酸化セルロース繊維は、例えば、触媒として2,2,6,6,-テトラメチル-1-ピペリジン-N-オキシル(TEMPO)を使用し、更に次亜塩素酸ナトリウム等の酸化剤、臭化ナトリウム等の臭化物を併用して、セルロース繊維の水酸基をカルボキシ基に酸化する方法を適用することにより、製造することができる。より詳細には、特開2011-140632号公報に記載の方法を参照することができ、更に、追酸化処理又は還元処理を行うことで、アルデヒドを除去した酸化セルロース繊維として調製することができる。酸化セルロース繊維は、それ以外のアニオン変性セルロース繊維と比べて、表面性、成膜性及び加工性の観点から、好ましい。
セルロース繊維にアニオン性基としてスルホン酸基を導入する方法としては、セルロース繊維に硫酸を添加し加熱する方法等が挙げられる。
本明細書において、疎水変性セルロース繊維(A)における修飾基の結合とは、セルロース繊維表面のアニオン性基に、好ましくはカルボキシ基に、修飾基がイオン結合及び/又は共有結合している状態のことを意味する。アニオン性基への結合様式としては、イオン結合、共有結合が挙げられる。ここでの共有結合としては、例えば、アミド結合、エステル結合、ウレタン結合が挙げられ、なかでも、加工性及び脱泡促進用組成物の安定性(以下、安定性ともいう)の観点から、好ましくはアミド結合である。加工性及び安定性の観点から、本発明における疎水変性セルロース繊維(A)としては、セルロース繊維表面に既に存在するカルボキシ基に、修飾基を導入するための化合物をイオン結合及び/又はアミド結合させることにより得られるものが好ましい。
修飾基を導入するための化合物としては、後述の修飾基を導入可能なものであればよく、結合様式によって、例えば、以下のものを用いることができる。イオン結合の場合は、第1級アミン、第2級アミン、第3級アミン、第4級アンモニウム化合物、ホスホニウム化合物のいずれでもよい。これらの中では、分散性の観点から、好ましくは、第1級アミン、第2級アミン、第3級アミン、第4級アンモニウム化合物である。また、前記のアンモニウム化合物やホスホニウム化合物の陰イオン成分としては、反応性の観点から、好ましくは、塩素イオンや臭素イオンなどのハロゲンイオン、硫酸水素イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロボレートイオン、ヘキサフルオロフォスフェイトイオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、ヒドロキシイオンが挙げられ、より好ましくは、ヒドロキシイオンが挙げられる。共有結合の場合は置換される官能基によって以下のものを用いることができる。
炭化水素基としては、例えば、鎖式飽和炭化水素基、鎖式不飽和炭化水素基、環式飽和炭化水素基及び芳香族炭化水素基が挙げられ、副反応を抑制する観点及び安定性の観点から、鎖式飽和炭化水素基、環式飽和炭化水素基及び芳香族炭化水素基であることが好ましい。炭化水素基の炭素数は、表面性及び成膜性の観点から、好ましくは1以上であり、より好ましくは2以上であり、更に好ましくは3以上であり、同様の観点から、好ましくは30以下であり、より好ましくは24以下であり、更に好ましくは18以下である。
アミノ変性シリコーン化合物としては、25℃での動粘度が10mm2/s以上20,000mm2/s以下、アミノ当量400g/mol以上8,000g/mol以下のアミノ変性シリコーン化合物が好ましいものとして挙げられる。
-C3H6-NH2
-C3H6-NH-C2H4-NH2
-C3H6-NH-[C2H4-NH]e-C2H4-NH2
-C3H6-NH(CH3)
-C3H6-NH-C2H4-NH(CH3)
-C3H6-NH-[C2H4-NH]f-C2H4-NH(CH3)
-C3H6-N(CH3)2
-C3H6-N(CH3)-C2H4-N(CH3)2
-C3H6-N(CH3)-[C2H4-N(CH3)]g-C2H4-N(CH3)2
-C3H6-NH-cyclo-C5H11
(ここで、e、f、gは、それぞれ1~30の数である。)
H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2 (a2)
(a1-2)成分としては、SF8417(動粘度:1200、アミノ当量:1700)、BY16-209(動粘度:500、アミノ当量:1800)、FZ-3760(動粘度:220、アミノ当量:1600)がより好ましい。
本発明で用いられる疎水変性セルロース繊維繊維(A)は、前記したアニオン変性セルロース繊維に修飾基を導入できるのであれば、特に限定なく公知の方法に従って製造することができる。なお、ここでいうアニオン変性セルロース繊維は、公知の方法、例えば、特開2011-140632号公報に記載の方法を参照にし、更に、前述の追酸化処理又は還元処理を行うことで、アルデヒドを除去した酸化セルロース繊維として調製することができる。
〔態様A〕
工程(1):天然セルロース繊維をN-オキシル化合物存在下で酸化して、酸化セルロース繊維を得る工程
工程(2A):工程(1)で得られた酸化セルロース繊維と、修飾基を導入するための化合物とを混合する工程
〔態様B〕
工程(1):天然セルロース繊維をN-オキシル化合物存在下で酸化して、酸化セルロース繊維を得る工程
工程(2B):工程(1)で得られた酸化セルロース繊維と、修飾基を導入するための化合物とをアミド化反応させる工程
工程(1)は、天然セルロース繊維をN-オキシル化合物存在下で酸化して、酸化セルロース繊維を得る工程である。具体的には、天然セルロース繊維に対して、特開2015-143336号又は特開2015-143337号に記載の、酸化処理工程(例えば、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル(TEMPO)を用いた酸化処理)及び精製工程(必要により)を行うことで、カルボキシ基含有量が好ましくは0.1mmol/g以上の酸化セルロース繊維が得られる。TEMPOを触媒としてセルロース繊維の酸化処理を行うことによって、セルロース構成単位のC6位のヒドロキシメチル基(-CH2OH)が選択的にカルボキシ基に変換される。特にこの方法は、原料のセルロース繊維表面の酸化対象となるC6位の水酸基の選択性に優れており、且つ反応条件も穏やかである点で有利である。
次に、(必要により行われてもよい)精製工程後に工程(1)で得られた酸化セルロース繊維を微細化する工程を行って、微細な酸化セルロース繊維を得る。微細化工程では、精製工程を経た酸化セルロース繊維を溶媒中に分散させ、微細化処理を行うことが好ましい。
第1の製造形態において、工程(2A)は、前記工程を経て得られた酸化セルロース繊維と、修飾基を導入するための化合物とを混合して、疎水変性セルロース繊維(A)を得る工程である。具体的には、酸化セルロース繊維と、修飾基を導入するための化合物とを溶媒中で混合すればよく、例えば、特開2015-143336号に記載の方法に従って製造することができる。
本発明における疎水変性セルロース繊維(B)(エーテル化セルロース繊維とも言う)は、セルロース繊維表面に修飾基がエーテル結合を介して結合していることを特徴とし、好ましくはセルロースI型結晶構造を有するものである。なお、本明細書において、「エーテル結合を介して結合」とは、セルロース繊維表面の水酸基に修飾基が反応して、エーテル結合した状態を意味する。
-CH2-CH(R0)-R1 (1)
-CH2-CH(R0)-CH2-(OA)n-O-R1 (2)
〔式中、一般式(1)及び一般式(2)におけるR0は水素原子又は水酸基を示し、R1はそれぞれ独立して炭素数3以上30以下の直鎖若しくは分岐鎖のアルキルを示し、一般式(2)におけるnは0以上50以下の数、Aは炭素数1以上6以下の直鎖又は分岐鎖の2価の飽和炭化水素基を示す。〕
態様1のエーテル化セルロース繊維は、前記の一般式(1)及び下記一般式(2)で表される置換基から選ばれる1種又は2種以上の置換基を単独で又は任意の組み合わせで導入される。なお、導入される置換基が前記置換基群のいずれか一方の場合であっても、各置換基群においては同一の置換基であっても2種以上が組み合わさって導入されてもよい。
エーテル化セルロース繊維において、セルロースの無水グルコースユニット1モルに対する修飾基の導入率は、修飾基の種類により一概には限定できないが、表面性及び成膜性の観点から、好ましくは0.0001モル以上であり、また、セルロースI型結晶構造を有し、表面性及び成膜性の観点から、好ましくは1.5モル以下である。ここで、修飾基として、一般式(1)で表される置換基と一般式(2)で表される置換基のいずれもが導入されている場合は、合計した導入モル率のことである。なお、本明細書において、エーテル化セルロース繊維における修飾基の導入率は、以下の方法に従って測定することができる。
得られたエーテル化セルロース繊維中に含有される修飾基の含有量%(質量%)は、Analytical Chemistry, Vol.51, No.13, 2172(1979)、「第十五改正日本薬局方(ヒドロキシプロピルセルロースの分析方法の項)」等に記載の、セルロースエーテルのアルコキシ基の平均付加モル数を分析する手法として知られるZeisel法に準じて算出する。以下に手順を示す。
(i)200mLメスフラスコにn-オクタデカン0.1gを加え、ヘキサンにて標線までメスアップを行い、内標溶液を調製する。
(ii)精製、乾燥を行ったエーテル化セルロース繊維100mg、アジピン酸100mgを10mLバイアル瓶に精秤し、ヨウ化水素酸2mLを加えて密栓する。
(iii)上記バイアル瓶中の混合物を、スターラーチップにより攪拌しながら、160℃のブロックヒーターにて1時間加熱する。
(iv)加熱後、バイアルに内標溶液3mL、ジエチルエーテル3mLを順次注入し、室温で1分間攪拌する。
(v)バイアル瓶中の2相に分離した混合物の上層(ジエチルエーテル層)をガスクロマトグラフィー(SHIMADZU社製、「GC2010Plus」)にて分析する。分析条件は以下のとおりとする。
カラム:アジレント・テクノロジー社製DB-5(12m、0.2mm×0.33μm)
カラム温度:100℃→10℃/min→280℃(10min Hold)
インジェクター温度:300℃、検出器温度:300℃、打ち込み量:1μL
(数式1)
MS=(W1/Mw)/((100-W1)/162.14)
W1:エーテル化セルロース繊維中の修飾基の含有量(質量%)
Mw:導入した、修飾基を導入するための化合物の分子量(g/mol)
本発明におけるエーテル化セルロース繊維としては、置換基の種類に関係なく、平均繊維径に特に限定はない。例えば、平均繊維径がマイクロオーダーの態様、平均繊維径がナノオーダーの態様が例示される。
本発明におけるエーテル化セルロース繊維は、上記したようにセルロース繊維表面に、修飾基、好ましくは前記の置換基を有していてもよい炭化水素基がエーテル結合を介して結合しているが、修飾基の導入は、特に限定なく公知の方法に従って行うことができる。以下、態様1のエーテル化セルロース繊維を製造する方法の具体的な例を説明する。
態様1のエーテル化セルロース繊維の製造方法の具体例として、上記の原料のセルロース繊維に対し、塩基存在下、特定の化合物を反応させる態様が挙げられる。
本製造方法においては、前記原料のセルロース繊維に塩基を混合する。
塩基としては、特に制限はないが、エーテル化反応を進行させる観点から、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、1~3級アミン、4級アンモニウム塩、イミダゾール及びその誘導体、ピリジン及びその誘導体、並びにアルコキシドからなる群より選ばれる1種又は2種以上が好ましい。
ピリジン及びその誘導体としては、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン、ピコリン等が挙げられる。
〔式中、R1は炭素数3以上30以下の直鎖又は分岐鎖のアルキル基を示し、Xはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素から選ばれるハロゲン原子である。〕
一般式(1B)で示される化合物の具体例としては、1-クロロペンタン、1-クロロヘキサン、1-クロロオクタン、1-クロロデカン、1-クロロドデカン、1-クロロヘキサデカン、1-クロロオクタデカン、1-ブロモペンタン、1-ブロモヘキサン、1-ブロモオクタン、1-ブロモデカン、1-ブロモドデカン、1-ブロモヘキサデカン、1-ブロモオクタデカン、1-ヨードペンタン、1-ヨードヘキサン、1-ヨードオクタン、1-ヨードデカン、1-ヨードドデカン、1-ヨードヘキサデカン、1-ヨードオクタデカンが挙げられる。
前記化合物と原料のセルロース繊維とのエーテル化反応は、溶媒の存在下で、両者を混合することにより行うことができる。溶媒としては、特に制限はなく、前記塩基を存在させる際に使用することができると例示した溶媒を用いることができる。
かくして、エーテル化セルロース繊維が得られる。
(X)主鎖にエステル基、アミド基、ウレタン基、アミノ基、エーテル基又はカーボネート基を有する高分子化合物
(Y)側鎖にエステル基若しくはアミド基を有するメタクリル系又はアクリル系高分子
主鎖にエステル基を有する高分子化合物(X)としては、アジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸及びアルケニルコハク酸等のジカルボン酸と、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール等のジオールとの縮合物等が挙げられる。
(a)ポリアミド化合物
(b)ポリアルキレンイミン化合物
ポリアミド化合物としては、セルロース構造を有さず、かつ、アミド結合(-CONH-)を有する高分子化合物であれば、いかなる化学構造を有するポリアミド化合物を使用することもできる。ポリアミド化合物は、例えば、主として脂肪族骨格からなるナイロンであってもよいし、主として芳香族骨格をもつアラミドであってもよい。更にはこの両者以外の骨格構造を有するものでもよい。一方で好適に用いられる構造体としては、アミン化合物と、モノカルボン酸、ジカルボン酸及び重合脂肪酸からなる群より選択される1種以上のカルボン酸とからなるポリアミドが挙げられる。
高分子(Y)、即ち、側鎖にエステル基若しくはアミド基を有するメタクリル系又はアクリル系高分子としては、例えば、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチル(メタ)アクリレート、ポリブチル(メタ)アクリレート等のポリアルキル(メタ)アクリレート、ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリN-メチル(メタ)アクリルアミド、ポリN,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、ポリN-フェニル(メタ)アクリルアミド等のポリ(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
硬化性樹脂がメラミン樹脂の場合、メラミンとホルムアルデヒドなどの硬化性モノマーから得られたものが挙げられる。
硬化性樹脂がフェノール樹脂の場合、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシノールとホルムアルデヒドなどの硬化性モノマーから得られたものが挙げられる。
本発明の脱泡促進用組成物は、気泡を含む流体と接触させることで、接触部位で当該流体の泡を消失させることができる。
本発明により、気泡を含む流体を、本発明の脱泡促進用組成物と接触させ、接触位置で流体表面への気泡の表出を抑制する、流体の発泡制御方法が提供される。
本発明の流体の発泡制御方法には、本発明の脱泡促進用組成物で述べた事項を適宜適用することができる。
本発明は、気泡を含む硬化性組成物を、本発明の脱泡促進用組成物が塗布された支持体と接触させて硬化させる、硬化体の製造方法に関する。本発明では前記組成物の膜が形成された支持体を用いることができる。
本発明の硬化体の製造方法には、本発明の脱泡促進用組成物及び流体の発泡制御方法で述べた事項を適宜適用することができる。支持体、組成物の塗布方法、膜の厚みなども本発明の流体の発泡制御方法と同じである。
本発明の硬化体の製造方法では、前記硬化性組成物の硬化後、前記支持体を硬化体から分離してよい。
測定対象のセルロース繊維に水を加えて、その含有量が0.0001質量%の分散液を調製する。該分散液をマイカ(雲母)上に滴下して乾燥したものを観察試料として、原子間力顕微鏡(AFM)(Digital instrument社製、Nanoscope IITappingmode AFM;プローブはナノセンサーズ社製、Point Probe(NCH)を使用)を用いて、該観察試料中のセルロース繊維の繊維高さ(繊維のあるところとないところの高さの差)を測定する。その際、該セルロース繊維が確認できる顕微鏡画像において、セルロース繊維を100本以上抽出し、それらの繊維高さから平均繊維径を算出する。繊維方向の距離より、平均繊維長を算出する。平均アスペクト比は平均繊維長/平均繊維径より算出し、標準偏差も算出する。一般に、高等植物から調製されるセルロースナノファイバーの最小単位は6×6の分子鎖がほぼ正方形の形でパッキングされていることから、AFMによる画像で分析される高さを繊維径とみなすことができる。
測定対象のセルロース繊維にイオン交換水を加えて、その含有量が0.01質量%の分散液を調製する。該分散液を湿式分散タイプ画像解析粒度分布計(ジャスコインターナショナル社製、商品名:IF-3200)を用いて、フロントレンズ:2倍、テレセントリックズームレンズ:1倍、画像分解能:0.835μm/ピクセル、シリンジ内径:6515μm、スペーサー厚み:500μm、画像認識モード:ゴースト、閾値:8、分析サンプル量:1mL、サンプリング:15%の条件で測定する。セルロース繊維を100本以上測定し、それらの平均ISO繊維径を平均繊維径をとして、平均ISO繊維長を平均繊維長として算出する。
乾燥質量0.5gの測定対象のセルロース繊維を100mLビーカーにとり、イオン交換水又はメタノール/水=2/1の混合溶媒を加えて全体で55mLとし、ここに0.01M塩化ナトリウム水溶液5mLを加えて分散液を調製する。測定対象のセルロース繊維が十分に分散するまで該分散液を攪拌する。この分散液に0.1M塩酸を加えてpHを2.5~3に調整し、自動滴定装置(東亜ディーケーケー社製、AUT-701)を用い、0.05M水酸化ナトリウム水溶液を待ち時間60秒の条件で該分散液に滴下し、1分ごとの電導度及びpHの値を測定する。pH11程度になるまで測定を続け、電導度曲線を得る。この電導度曲線から、水酸化ナトリウム滴定量を求め、次式により、測定対象のセルロース繊維のアニオン性基含有量を算出する。
アニオン性基含有量(mmol/g)=[水酸化ナトリウム滴定量×水酸化ナトリウム水溶液濃度(0.05M)]/[測定対象のセルロース繊維の質量(0.5g)]
ビーカーに、測定対象のセルロース繊維100.0g(固形分含有量1.0質量%)、酢酸緩衝液(pH4.8)、2-メチル-2-ブテン0.33g、亜塩素酸ナトリウム0.45gを加え常温で16時間撹拌して、アルデヒド基の酸化処理を行う。反応終了後、イオン交換水にて洗浄を行い、アルデヒド基を酸化処理した測定対象のセルロース繊維を得る。反応液を凍結乾燥処理し、得られた乾燥品のカルボキシ基含有量を上記アニオン性基含有量の測定方法で測定し、「酸化処理したアニオン変性セルロース繊維のカルボキシ基含有量」を算出する。続いて、次式にて測定対象のアニオン変性セルロース繊維のアルデヒド基含有量を算出する。
アルデヒド基含有量(mmol/g)=(酸化処理したアニオン変性セルロース繊維のカルボキシ基含有量)-(測定対象のアニオン変性セルロース繊維のカルボキシ基含有量)
ハロゲン水分計(島津製作所社製、商品名:MOC-120H)を用いて行う。サンプル1gに対して150℃恒温で30秒ごとの測定を行い、質量減少が0.1%以下となった値を固形分含有量とする。
修飾基の結合量を次のIR測定方法により求め、下記式によりその平均結合量及び導入率を算出する。IR測定は、具体的には、乾燥させた疎水変性セルロース繊維を赤外吸収分光装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、商品名:Nicolet 6700)を用いATR法にて測定し、下記式A及びBにより、修飾基の平均結合量及び導入率を算出する。式A、Bはアニオン性基がカルボキシ基の場合、即ち、酸化セルロース繊維の場合を示す。以下の「1720cm-1のピーク強度」は、カルボニル基に由来するピーク強度である。なお、カルボキシ基以外のアニオン性基の場合はピーク強度の値を適宜変更し、修飾基の平均結合量及び導入率を算出すればよい。
修飾基の平均結合量(mmol/g)=a×(b-c)÷d
a:酸化セルロース繊維のカルボキシ基含有量(mmol/g)
b:酸化セルロース繊維の1720cm-1のピーク強度
c:疎水変性セルロース繊維の1720cm-1のピーク強度
d:酸化セルロース繊維の1720cm-1のピーク強度
1720cm-1のピーク強度:カルボン酸のカルボニル基に由来するピーク強度
<式B>
修飾基の導入率(%)=100×e/f
e:修飾基の結合量(mmol/g)
f:酸化セルロース繊維のカルボキシ基含有量(mmol/g)
疎水変性セルロース繊維の結晶構造は、X線回折計(リガク社製、MiniFlexII)を用いて以下の条件で測定することにより確認する。
測定条件は、X線源:Cu/Kα-radiation、管電圧:30kv、管電流:15mA、測定範囲:回折角2θ=5~45°、X線のスキャンスピード:10°/minとする。測定用サンプルは面積320mm2×厚さ1mmのペレットを圧縮し作製する。また、セルロースI型結晶構造の結晶化度は得られたX線回折強度を、以下の式Cに基づいて算出する。
セルロースI型結晶化度(%)=[(I22.6-I18.5)/I22.6]×100
〔式中、I22.6は、X線回折における格子面(002面)(回折角2θ=22.6°)の回折強度、I18.5は、アモルファス部(回折角2θ=18.5°)の回折強度を示す〕
疎水変性セルロース繊維におけるセルロース繊維(換算量)は、以下の方法によって測定する。
(1)添加される「修飾基を導入するための化合物」が1種類の場合
セルロース繊維量(換算量)を下記式Eによって算出する。
<式E>
セルロース繊維量(換算量)(g)=疎水変性セルロース繊維の質量(g)/〔1+修飾基を導入するための化合物の分子量(g/mol)×修飾基の結合量(mmol/g)×0.001〕
各化合物のモル比率(即ち、添加される化合物の合計モル量を1とした時のモル比率)を案分して、セルロース繊維量(換算量)を算出する。
針葉樹の漂白クラフトパルプ(ウエストフレザー社製、商品名:ヒントン)を原料のセルロース繊維として用いた。TEMPOとしては、市販品(ALDRICH社製、Free radical、98質量%)を用いた。次亜塩素酸ナトリウム、臭化ナトリウム及び水酸化ナトリウムは市販品を用いた。
調製例1で最終的に得られたアニオン変性セルロース繊維の懸濁液(固形分含有量2.0質量%)100gを調製し、これに0.5M水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH=8に調整後、イオン交換水を加えて合計200gとした。この懸濁液に、高圧ホモジナイザー(吉田機械社製、商品名:ナノヴェイタL-ES)を用いて150MPaで微細化処理を3回行い、微細化されたアニオン変性セルロース繊維の分散液(固形分含有量1.0%)を得た。この微細化されたアニオン変性セルロース繊維が有するカルボキシ基のカウンターイオンはナトリウムイオンであり、「TCNF(Na型)」と略記する。
マグネティックスターラー、攪拌子を備えたビーカーに、調製例2で得られた微細化アニオン変性セルロース繊維をイソプロパノールに溶媒置換した分散液300g(固形分含有量2.0質量%)を仕込んだ。続いて、アミノ変性シリコーン(東レ・ダウコーニング株式会社製「SS-3551」;「シリコーン1」と略記する。)を、該アニオン変性セルロース繊維のカルボキシ基1molに対してアミノ基0.5molに相当する量を仕込み、イソプロパノール100gを添加し、これらの混合物を常温(25℃)で14時間撹拌して反応させた。反応終了後ろ過し、得られたケークをイソプロパノールにて洗浄後、ホモジナイザー(プライミクス社製、商品名:T.K.ロボミックス)にて5000rpm、5分間攪拌後、高圧ホモジナイザー(吉田機械社製、商品名:ナノヴェイタL-ES)にて150MPaで10パス処理させることで、アニオン変性セルロース繊維に、アミノ変性シリコーンがイオン結合を介して連結した疎水変性セルロース繊維を得た。修飾基の導入率はアニオン変性セルロース繊維のカルボキシ基の40%であった。この疎水変性セルロース繊維の平均繊維径は3.3nm、平均繊維長は578nm、結晶化度は30%であった。
(1)用いた成分
(A)成分
・製造例1で得られた疎水変性セルロース繊維
(B)成分
・スクアラン:粘度(20℃)27.8mPa・s、富士フイルム和光純薬株式会社製
(鉱油)
・パラフィン系原料油:コスモピュアスピンE、粘度(20℃)7.2mPa・s、コスモ石油ルブリカンツ株式会社製
・パラフィン系マシン油(1):コスモピュアセイフティー(グレード22)、粘度(20℃)58.8mPa・s、コスモ石油ルブリカンツ株式会社製
・パラフィン系マシン油(2):コスモピュアセイフティー(グレード32)、粘度(20℃)92.6mPa・s、コスモ石油ルブリカンツ株式会社製
(C)成分
・ポリアミド:下記製造例2で得られたポリアミド
・硬化性プレポリマー:ウレタンアクリレート、日本合成化学社製「紫光UV-7000B」(Mw3500)
(分散媒)
・イソプロパノール:関東化学株式会社製
・トルエン:富士フイルム和光純薬株式会社製
炭素数36のダイマー酸(ハリダイマー250K、ハリマ化成株式会社製、Cas番号61788-89-4、100%(C36Dimer acid))450gを2Lセパラフラスコにとり、70℃に昇温した後に窒素置換を行った。その後、エチレンジアミン45g、ジエチレントリアミン5gを徐々に添加し、添加後に内温が145℃になるまで昇温を行った。145℃で1時間撹拌した後に、内温を210℃に昇温し、6時間撹拌を行った。その後、内温を210℃に保ったまま、内圧を45KPaになるまで真空ポンプを用いて減圧を行い、0.5時間撹拌を行い、ポリアミドを調製した。質量平均分子量は33,000であった。なお、ポリアミドにおけるジエチレントリアミンの含有率は3.0モル%であった。また、(C)成分であるポリアミドの分子量は以下の方法で測定した。
質量平均分子量(Mw)は、日立L-6000型高速液体クロマトグラフィーを使用し、ゲル・パーミッション・クロマトグラフィー(GPC)によって測定した。溶離液流路ポンプは日立L-6000、検出器はショーデックスRISE-61示差屈折率検出器、カラムはGMHHR-Hをダブルに接続したものを用いた。サンプルは、溶離液で0.5g/100mLの濃度に調整し、20μLを用いた。溶離液には、1mmol/LのファーミンDM20(花王株式会社製)のクロロホルム溶液を使用した。カラム温度は40℃で、流速は1.0mL/分で行った。検量線の作成のための標準ポリマーとしては、ポリスチレン(東ソー株式会社製)を使用した。
前記成分を用いて次のようにして脱泡促進用組成物の塗工液を調製した。
表2に示す組成の質量比になるように、(A)成分、必要に応じて(B)成分、(C)成分を採取し、更に分散媒をスクリュー管内に配合した。分散媒は、実施例6では、トルエン/イソプロパノールの95/5(質量比)混合物を用い、他の実施例及び比較例5では、イソプロパノールを用いた。ただし、比較例1~4は、分散媒を用いず脱泡促進用組成物をそのまま塗工液として用いた。なお、(C1)成分の硬化性プレポリマーを用いる場合は、更に光重合開始剤の1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを硬化性プレポリマーに対して4質量%配合した。次いで、スクリュー管の内容物を、マグネティックスターラーの回転数:500rpm、常温(25℃)で12時間撹拌した。その後、自動公転式攪拌機(シンキー社製、あわとり練太郎)を用いて2200rpmで2分撹拌して脱泡し、脱泡促進用組成物の塗工液を得た。分散媒を用いた塗工液では、(A)~(C)成分の合計濃度は、3質量%であった。
(2)の方法で調製した塗工液の粘度を、AntonPaar社製レオメータPhysica MCR301により、直径25mmのプレート治具を用いて、ギャップ0.5mm、回転数3,000rpm、20℃で測定した。結果を表2に示す。なお、比較例1~4は、(B)成分そのものの粘度である。
得られた脱泡促進用組成物の塗工液ないし比較例1~4の脱泡促進用組成物を、円柱鋼製型枠(高さ10cm、内径4cm)に、化粧用ハンディスプレー(25mL、株式会社アーテック製)を用いて厚み(湿潤厚み)が1000μmになるように塗布した。次いで、脱泡促進用組成物の塗工液を常温・常圧で24時間乾燥させた。塗工液に分散媒を用いたものはこの操作により分散媒を揮発させた。次いで、硬化性プレポリマーを配合した脱泡促進用組成物に対してのみ、UV照射機(FUSION UV SYSTEMS JAPAN社製、UV-1100-G)を用いて、速度15.8cm/min、出力90%、ランプ高さ67mm、2Passの条件でUV照射して該硬化性プレポリマーを重合・硬化させた。最終的な塗布厚みは、いずれの例においても50μmであった。
表1の配合でモルタルを調整した。該モルタルは、セメントと砂を混合したものに、水、分散剤、消泡剤を混合した水溶液を加えて、JISR 5201に規定されるモルタルミキサーを使用してモルタルを60rpmで60秒混練した後に120rpmで60秒混錬して調製した。分散剤としては、マイテイ 21VS(花王株式会社製)を使用し、分散剤の添加量は、JIS R 5201に記載のフローコーン(上径70mm×下径100mm×高さ60mm)を使用してモルタルフローが200±10mmとなるように調整し、いずれの実施例、比較例においても有効固形分質量部で対粉体として0.2質量部であった。また消泡剤としては、消泡剤No.21(花王株式会社製)を使用し、消泡剤の添加量は、ステンレス製の容器(内径7.5cm、内高8.0cm、重さ1.0kg)にモルタルを充填し、巻き込み空気を抜いて質量法により測定した空気量が1.0%±0.5%となるように消泡剤の添加量を調整し、いずれの実施例、比較例においても対粉体質量部で0.007質量部であった。
・セメント:太平洋セメント(株)製普通ポルトランドセメントと住友大阪セメント(株)製普通ポルトランドセメントの1:1(質量比)混合物、比重3.16
・砂:京都府城陽産 表乾比重2.50
・水:水道水(表1中、水の含有量は、分散剤と消泡剤の添加量を含む)
調製したモルタルを、(4)で調製した、表2に記載の脱泡促進用組成物を塗布した円柱鋼製型枠(高さ10cm、内径4cm)に、テーブルバイブレータ(株式会社関西機器製作所製)を用いて2500vpmの振動下で、30秒間で充填し、24時間、20℃の気中養生で硬化させ脱型した。このモルタルの型枠への充填及び脱型は、脱泡促進用組成物ごとに2個ずつ実施した。モルタル硬化体表面を、デジタルカメラで撮影縮尺を記録した上で撮影し、撮影した画像を、画像処理オープンソースソフトウェアのImageJを用いて画像解析を行った。撮影した画像の表面気泡径を、撮影縮尺を参考に実寸に換算し、表面積10,000mm2当たりの硬化体表面気泡総表面積を算出し、表面美観の指標として表2に示した。表2中の値は、2つのモルタル硬化体ごとに各表面を撮影して、測定した値を平均したものである。硬化体表面気泡総表面積の値が小さいほど表面美観に優れていると言えるため好ましい。
(A)成分の疎水変性セルロース繊維を含有しない比較例の脱泡促進用組成物に比べ、(A)成分の疎水変性セルロース繊維を含有する実施例の脱泡促進用組成物では、硬化体表面の気泡総表面積の値が小さくなり、表面気泡痕が少ない、つまり、表面美観性に優れることが分かる。なお、実施例、比較例では消泡剤を用いているが、これはモルタル中の空気量の調整に用いたものであり、比較例での表面気泡が低減していないことからわかるように、この評価では、脱泡の促進に寄与するものではない。また、脱泡促進用組成物を用いずに硬化体を製造すると脱型が困難となり、表面美観(気泡総表面積)を評価できない。また、例えば、市販の離型剤を用いた場合は、気泡総表面積の値は比較例と同等となる。
Claims (17)
- (A)疎水変性セルロース繊維〔以下、(A)成分という〕を含有する、水硬性組成物用脱泡促進用組成物であって、
(A)成分が、アニオン性基を有するセルロース繊維のアニオン性基にアミノ変性シリコーン化合物がイオン結合を介して連結した疎水変性セルロース繊維である、
水硬性組成物用脱泡促進用組成物。 - アニオン性基がカルボキシ基である、請求項1に記載の水硬性組成物用脱泡促進用組成物。
- (a)成分のアミノ変性シリコーン化合物が、下記一般式(a1)で表される化合物である、請求項1又は2に記載の水硬性組成物用脱泡促進用組成物。
〔式中、R1aは炭素数1~3のアルキル基、ヒドロキシ基、炭素数1~3のアルコキシ基又は水素原子から選ばれる基を示す。R2aは炭素数1~3のアルキル基、ヒドロキシ基又は水素原子から選ばれる基である。Bは少なくとも一つのアミノ基を有する側鎖を示し、R3aは炭素数1~3のアルキル基又は水素原子を示す。x及びyはそれぞれ平均重合度を示し、該化合物の25℃の動粘度が10mm 2 /s以上20,000mm 2 /s以下、及びアミノ当量が400g/mol以上8,000g/mol以下となるように選ばれる。尚、R1a、R2a、R3aはそれぞれ同一でも異なっていても良く、また複数個のR2aは同一でも異なっていても良い。〕 - (B)油〔以下、(B)成分という〕を含有する、請求項1~3の何れか1項に記載の水硬性組成物用脱泡促進用組成物。
- (B)成分の20℃での粘度が300mPa・s以下である、請求項4に記載の水硬性組成物用脱泡促進用組成物。
- (B)成分が、テルペノイド及び鉱油から選択される1種類以上である、請求項4又は5に記載の水硬性組成物用脱泡促進用組成物。
- (A)成分の含有量と(B)成分の含有量との質量比である、(A)/(B)が0.01以上1以下である、請求項4~6何れか1項に記載の水硬性組成物用脱泡促進用組成物。
- (C)(A)成分及び油以外の高分子化合物〔以下、(C)成分という〕を含有する、請求項1~7の何れか1項に記載の水硬性組成物用脱泡促進用組成物。
- (C)成分を、(A)成分に対して、1質量%以上1000質量%以下含有する、請求項8に記載の水硬性組成物用脱泡促進用組成物。
- 気泡を含む流体を、請求項1~9の何れか1項に記載の水硬性組成物脱泡促進用組成物と接触させ、接触位置で流体表面への気泡の表出を抑制する、流体の発泡制御方法であって、前記流体が水硬性組成物である、流体の発泡制御方法。
- 前記流体を前記水硬性組成物脱泡促進用組成物から得た膜と接触させる、請求項10に記載の発泡制御方法。
- 気泡を含む水硬性組成物を、請求項1~9の何れか1項に記載の水硬性組成物脱泡促進用組成物が塗布された支持体と接触させて硬化させる、硬化体の製造方法。
- 前記支持体が、前記水硬性組成物を収容する型枠である、請求項12に記載の硬化体の製造方法。
- 前記水硬性組成物の硬化後、前記支持体を硬化体から分離する、請求項12又は13に記載の硬化体の製造方法。
- 硬化体の表面での気泡跡を低減する、請求項12~14の何れか1項に記載の硬化体の製造方法。
- 気泡を含む水硬性組成物を、請求項1~9の何れか1項に記載の水硬性組成物脱泡促進用組成物を塗布した型枠に充填し硬化させた後、得られた硬化体を型枠から脱型する、水硬性組成物の硬化体の製造方法。
- 気泡を含む水硬性組成物を、請求項1~9の何れか1項に記載の水硬性組成物脱泡促進用組成物から得られた塗膜と接触させて硬化させ、硬化体の表面での気泡痕を低減する、硬化体の表面美観改善方法。
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