JP7555096B2 - Cellulose fiber composition and method for producing the same, and method for producing a cellulose fiber composite composition - Google Patents
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Description
本発明は熱可塑性樹脂やゴムに対する高い分散性と補強効果を示すセルロース繊維組成物とその製造方法に関する。また本発明は、該セルロース繊維組成物を用いた、機械的物性に優れるセルロース繊維複合組成物の製造方法に関する。 The present invention relates to a cellulose fiber composition that exhibits high dispersibility and reinforcing effect in thermoplastic resins and rubbers, and a method for producing the same. The present invention also relates to a method for producing a cellulose fiber composite composition that has excellent mechanical properties and uses the cellulose fiber composition.
セルロース繊維は安価で力学特性やリサイクル性に優れているため、成形材料である熱可塑性樹脂やゴムの補強材として活用する技術の開発が検討されている。
セルロース繊維は保管時の吸湿や前処理等の加工工程で水を使う等の理由により、通常、水を含んだ状態で取り扱われている。そのため、セルロース繊維を疎水性の成形材料と複合化する際には水を除去する必要が有る。しかしながら、水を除去する過程でセルロース繊維の水酸基が水素結合を形成し、繊維同士で強く凝集してしまう問題が有った。強く凝集したセルロース繊維は成形材料へ均一に分散せず、寧ろ成形体の機械的物性を悪化させる原因となる。
所望の機械的物性を達成するため、セルロース繊維の凝集を防ぐことで成形材料中へのセルロース繊維の分散性を改善する方法が開示されている。
Cellulose fibers are inexpensive and have excellent mechanical properties and recyclability, so there are studies underway to develop technology to use them as reinforcing materials for thermoplastic resins and rubber, which are molding materials.
Cellulose fibers are usually handled in a wet state due to moisture absorption during storage and the use of water in processing steps such as pretreatment. Therefore, when cellulose fibers are combined with hydrophobic molding materials, it is necessary to remove the water. However, there is a problem that the hydroxyl groups of the cellulose fibers form hydrogen bonds during the water removal process, causing the fibers to strongly aggregate together. Strongly aggregated cellulose fibers do not disperse uniformly in the molding material, and instead cause the mechanical properties of the molded body to deteriorate.
Methods have been disclosed for improving the dispersibility of cellulose fibers in molding materials by preventing the aggregation of the cellulose fibers to achieve desired mechanical properties.
特許文献1においては、繊維を含む複合材料に90から40,000の平均分子量を有するポリエチレングリコール及び/又は多価アルコールから選択される湿潤剤を加えることで、繊維の凝集を防ぎ繊維の分散性向上を図っている。しかしながら、繊維の分散性が不十分であると共に、可塑剤として働く湿潤剤の除去が困難であるために機械的物性の向上効果が不十分であった。 In Patent Document 1, a wetting agent selected from polyethylene glycol and/or polyhydric alcohol having an average molecular weight of 90 to 40,000 is added to a composite material containing fibers to prevent fiber aggregation and improve fiber dispersibility. However, the fiber dispersibility is insufficient, and the wetting agent, which acts as a plasticizer, is difficult to remove, so the effect of improving mechanical properties is insufficient.
特許文献2ではセルロースの水懸濁体を過剰の有機溶剤に浸漬・ろ過し、水を除去して有機溶剤で膨潤したセルロースとした上で、有機溶剤を除去することで凝集固化することのない、分散性が高い形態のセルロースを得ている。しかしながら、セルロースに対して数十倍~数百倍の有機溶剤が必要になると共に、作業工程が多いことから、より効率的な処理方法が求められていた。 In Patent Document 2, an aqueous suspension of cellulose is immersed in an excess of organic solvent and filtered, the water is removed to give cellulose swollen with the organic solvent, and the organic solvent is then removed to obtain a highly dispersible form of cellulose that does not aggregate or solidify. However, as the organic solvent is required in an amount of several tens to several hundreds of times the amount of cellulose and there are many work steps, a more efficient processing method is needed.
特許文献3では熱可塑性樹脂、セルロースナノファイバー、特定の表面改質剤、沸点が100℃以上の非プロトン性溶媒を一定量含む樹脂組成物とすることにより、樹脂成形体の所望の機械的特性を発現するために充分な量のセルロースを樹脂組成物中で微分散させて、高い機械的特性及び熱特性を得ることができる旨、開示されている。しかしながら、この方法では、熱可塑性樹脂中にセルロースナノファイバー、表面改質剤及び非プロトン性溶媒が希釈された状態となるため、セルロースナノファイバーの凝集抑制効果は不十分であり、結果として、得られる樹脂成形体の物性向上効果は十分なものではなかった。 Patent Document 3 discloses that by preparing a resin composition containing a thermoplastic resin, cellulose nanofibers, a specific surface modifier, and a certain amount of an aprotic solvent with a boiling point of 100°C or higher, a sufficient amount of cellulose can be finely dispersed in the resin composition to achieve the desired mechanical properties of the resin molded body, thereby obtaining high mechanical properties and thermal properties. However, with this method, the cellulose nanofibers, surface modifier, and aprotic solvent are diluted in the thermoplastic resin, so the effect of inhibiting the aggregation of the cellulose nanofibers is insufficient, and as a result, the effect of improving the physical properties of the resulting resin molded body is not sufficient.
本発明は、成形材料である熱可塑性樹脂やゴムへの分散性が高く、成形体の補強効果に優れるセルロース繊維組成物とその製造方法、及び成形体が優れた機械的物性となるようなセルロース繊維複合組成物の製造方法の提供を目的とする。 The present invention aims to provide a cellulose fiber composition that is highly dispersible in thermoplastic resins and rubbers, which are molding materials, and has an excellent reinforcing effect on molded articles, a method for producing the same, and a method for producing a cellulose fiber composite composition that gives molded articles excellent mechanical properties.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、セルロ-ス繊維へ特定の有機溶剤を少量含有させたセルロース繊維組成物とすることで、熱可塑性樹脂やゴムへの分散性が向上し、その結果、成形体の補強効果に優れることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of extensive research to solve the above problems, the inventors discovered that by making a cellulose fiber composition by incorporating a small amount of a specific organic solvent into cellulose fibers, the dispersibility in thermoplastic resins and rubbers is improved, resulting in excellent reinforcing effects for molded articles, and thus completed the present invention.
すなわち、本発明は、
<1> セルロース繊維(A)80~98質量%、有機溶剤(B)1~20000ppm、その他成分(C)を残分とするセルロース繊維組成物であって、有機溶剤(B)が下記(1)~(4)の条件を満足することを特徴とするセルロース繊維組成物、
(1)沸点が125~300℃である。
(2)25℃における水100gに対する溶解度が5g以上である。
(3)25℃における表面張力が20~36mN/mである。
(4)活性プロトンを有しない。
<2> 有機溶剤(B)が、(ポリ)エチレングリコールジアルキルエーテル及び(ポリ)プロピレングリコールジアルキルエーテルの群から選ばれる少なくとも1種であり、
アルキルエーテルを構成するアルキル基の炭素数が1~4であることを特徴とする、<1>に記載のセルロース繊維組成物、
<3> セルロース繊維(A)が、カルボン酸無水物(D)でアシル化されたセルロース繊維であることを特徴とする<1>に記載のセルロース繊維組成物、
<4> セルロース繊維(A)80~98質量%、有機溶剤(B)1~20000ppm、その他成分(C)を残分とするセルロース繊維組成物の製造方法であって、有機溶剤(B)が下記(1)~(4)の条件を満足することを特徴とするセルロース繊維組成物の製造方法、
(1)沸点が125~300℃である。
(2)25℃における水100gに対する溶解度が5g以上である。
(3)25℃における表面張力が20~36mN/mである。
(4)活性プロトンを有しない。
<5> <1>~<3>のいずれか一項に記載のセルロース繊維組成物と、熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)とをセルロース繊維(A):熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)=0.05~60:40~99.95質量%となる割合で混練して得られることを特徴とするセルロース繊維複合組成物の製造方法、
である。
That is, the present invention provides
<1> A cellulose fiber composition comprising 80 to 98 mass% of cellulose fibers (A), 1 to 20,000 ppm of an organic solvent (B), and the remainder being other components (C), wherein the organic solvent (B) satisfies the following conditions (1) to (4):
(1) The boiling point is 125 to 300°C.
(2) The solubility in 100 g of water at 25° C. is 5 g or more.
(3) The surface tension at 25°C is 20 to 36 mN/m.
(4) It does not have an active proton.
<2> The organic solvent (B) is at least one selected from the group consisting of (poly)ethylene glycol dialkyl ethers and (poly)propylene glycol dialkyl ethers,
The cellulose fiber composition according to <1>, characterized in that the alkyl group constituting the alkyl ether has 1 to 4 carbon atoms.
<3> The cellulose fiber composition according to <1>, wherein the cellulose fiber (A) is a cellulose fiber acylated with a carboxylic acid anhydride (D).
<4> A method for producing a cellulose fiber composition comprising 80 to 98 mass% of cellulose fibers (A), 1 to 20,000 ppm of an organic solvent (B), and the remainder being other components (C), wherein the organic solvent (B) satisfies the following conditions (1) to (4):
(1) The boiling point is 125 to 300°C.
(2) The solubility in 100 g of water at 25° C. is 5 g or more.
(3) The surface tension at 25°C is 20 to 36 mN/m.
(4) It does not have an active proton.
<5> A method for producing a cellulose fiber composite composition, comprising kneading the cellulose fiber composition according to any one of <1> to <3> with a thermoplastic resin and/or rubber (E) in a ratio of cellulose fiber (A):thermoplastic resin and/or rubber (E)=0.05 to 60:40 to 99.95 mass%.
It is.
本発明によれば、熱可塑性樹脂及び/又はゴムの補強効果に優れるセルロース繊維組成物を得ることができ、該セルロース繊維組成物を用いたセルロース繊維複合組成物を成形体としたものは、機械的物性に優れる。 According to the present invention, a cellulose fiber composition that has excellent reinforcing effects for thermoplastic resins and/or rubber can be obtained, and a cellulose fiber composite composition using the cellulose fiber composition is molded into a molded article that has excellent mechanical properties.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の記載は本発明の実施形態の一例であり、本記載に限定されるものではない。 The following describes an embodiment of the present invention in detail. Note that the following description is an example of an embodiment of the present invention, and is not intended to be limiting.
<セルロース繊維組成物>
本発明のセルロース繊維組成物は、セルロース繊維(A)、有機溶剤(B)、その他成分(C)から成る。
<Cellulose fiber composition>
The cellulose fiber composition of the present invention comprises cellulose fibers (A), an organic solvent (B), and other components (C).
<セルロース繊維(A)>
セルロース繊維(A)は、セルロースを含有する繊維であればよく、セルロースが生成される由来等には特に限定されないが、例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、綿、ビートなどの植物に由来する繊維、マーセル化を施したセルロース繊維、レーヨンやリヨセル等の再生セルロース繊維、微生物やホヤなどの生物が産生するセルロース繊維などが挙げられる。これらの中でも、好ましくは木材が挙げられ、例えば、シトカスプルース、スギ、ヒノキ、マツ、ユーカリ、アカシアなどが挙げられる。加えて、これらを原料として得られる紙や古紙を解繊したものもセルロース繊維として好適に用いられる。セルロース繊維は1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
<Cellulose fiber (A)>
The cellulose fiber (A) may be any fiber containing cellulose, and the origin of the cellulose is not particularly limited, but examples thereof include fibers derived from plants such as wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, cotton, and beet, mercerized cellulose fibers, regenerated cellulose fibers such as rayon and lyocell, and cellulose fibers produced by organisms such as microorganisms and sea squirts. Among these, preferred is wood, such as Sitka spruce, cedar, cypress, pine, eucalyptus, and acacia. In addition, paper and waste paper obtained from these raw materials that have been defibrated are also suitable for use as cellulose fibers. One or more types of cellulose fibers can be used in combination.
前記植物に由来する繊維から得られるセルロース繊維のひとつであるパルプは、セルロース繊維を化学的、若しくは機械的に、又は両者を併用してパルプ化することで得ることができ、例えば、ケミカルパルプ(未晒クラフトパルプ(UKP)、漂白クラフトパルプ(BKP)、亜硫酸パルプ(SP))、セミケミカルパルプ(SCP)、ケミグランドパルプ(CGP)、ケミメカニカルパルプ(CMP)、砕木パルプ(GP)、リファイナーメカニカルパルプ(RMP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)等が挙げられる。これらのパルプの中でも、繊維強度が高い針葉樹由来の未晒クラフトパルプ(NUKP)又は漂白クラフトパルプ(NBKP)が特に好ましい。 Pulp, which is one of the cellulose fibers obtained from fibers derived from the above plants, can be obtained by pulping cellulose fibers chemically, mechanically, or by using a combination of both. Examples of such pulps include chemical pulp (unbleached kraft pulp (UKP), bleached kraft pulp (BKP), sulfite pulp (SP)), semi-chemical pulp (SCP), chemi-ground pulp (CGP), chemi-mechanical pulp (CMP), groundwood pulp (GP), refiner mechanical pulp (RMP), thermo-mechanical pulp (TMP), and chemi-thermomechanical pulp (CTMP). Among these pulps, unbleached kraft pulp (NUKP) or bleached kraft pulp (NBKP) derived from coniferous trees, which have high fiber strength, are particularly preferred.
セルロース繊維(A)は、セルロース繊維表面にある水酸基に対して反応性のある化合物により変性したセルロース繊維であってもよい。セルロース繊維表面にある水酸基に対して反応性のある化合物としては、カルボン酸無水物やイソシアネート基を有する化合物、エポキシ化合物などが挙げられる。それら化合物により変性されたセルロース繊維のなかでも、未変性のセルロース繊維に比べて熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)への分散性や親和性に優れ、セルロース繊維複合組成物を成形体としたときの機械的物性を更に向上させることができることから、カルボン酸無水物(D)でアシル化されたセルロース繊維が好ましい。 The cellulose fiber (A) may be a cellulose fiber modified with a compound reactive to hydroxyl groups on the surface of the cellulose fiber. Examples of compounds reactive to hydroxyl groups on the surface of the cellulose fiber include carboxylic acid anhydrides, compounds having an isocyanate group, and epoxy compounds. Among the cellulose fibers modified with these compounds, cellulose fibers acylated with carboxylic acid anhydrides (D) are preferred because they have superior dispersibility and affinity to thermoplastic resins and/or rubbers (E) compared to unmodified cellulose fibers, and can further improve the mechanical properties when the cellulose fiber composite composition is molded into a molded product.
カルボン酸無水物(D)は、セルロース繊維(A)をアシル化可能な化合物であれば特に限定されないが、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、炭素数6~50の多塩基酸無水物、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性ジエン系重合体の群から選ばれる少なくとも一種が好ましく、無水酢酸、炭素数6~50の多塩基酸無水物、無水マレイン酸変性ジエン系重合体の群から選ばれる少なくとも一種がより好ましい。 The carboxylic acid anhydride (D) is not particularly limited as long as it is a compound capable of acylating the cellulose fiber (A), but at least one selected from the group consisting of acetic anhydride, propionic anhydride, butyric anhydride, polybasic acid anhydrides having 6 to 50 carbon atoms, maleic anhydride-modified polyethylene, maleic anhydride-modified polypropylene, and maleic anhydride-modified diene polymers is preferred, and at least one selected from the group consisting of acetic anhydride, polybasic acid anhydrides having 6 to 50 carbon atoms, and maleic anhydride-modified diene polymers is more preferred.
炭素数6~50の多塩基酸無水物としては特に限定されないが、炭素数8~40のものが好ましく、炭素数12~30のものがより好ましく、炭素数15~24のものが最も好ましい。 There are no particular limitations on the polybasic acid anhydride having 6 to 50 carbon atoms, but those having 8 to 40 carbon atoms are preferred, those having 12 to 30 carbon atoms are more preferred, and those having 15 to 24 carbon atoms are most preferred.
無水マレイン酸変性ジエン系重合体の主成分であるジエン系重合体は特に限定されないが、具体例としては例えば、ポリイソプレン、ポリブタジエン、スチレン-ブタジエン共重合体、ポリクロロプレン、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸(エステル)-ブタジエン共重合体、イソブテン-イソプレン共重合体、ビニルピリジン-ブタジエン共重合体、ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン共重合体、ポリノルボルネンが挙げられ、これらに他のモノマーを併用したものもジエン系重合体に含まれるものであり、これらは1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。ポリイソプレン、ポリブタジエンが好ましく、ポリブタジエンがより好ましい。また、ジエン系重合体の重合方法は特に限定されず、ジエンモノマーが重合時に1,4-付加した成分のほかに、1,2-付加した成分が含まれた結果、側鎖にビニル基が存在していても良い。 The diene polymer that is the main component of the maleic anhydride modified diene polymer is not particularly limited, but specific examples include polyisoprene, polybutadiene, styrene-butadiene copolymer, polychloroprene, acrylonitrile-butadiene copolymer, (meth)acrylic acid (ester)-butadiene copolymer, isobutene-isoprene copolymer, vinylpyridine-butadiene copolymer, vinylpyridine-styrene-butadiene copolymer, and polynorbornene. Diene polymers also include those in which other monomers are used in combination, and these can be used alone or in combination of two or more. Polyisoprene and polybutadiene are preferred, and polybutadiene is more preferred. The polymerization method for the diene polymer is not particularly limited, and the diene monomer may contain a 1,2-addition component in addition to a 1,4-addition component during polymerization, resulting in the presence of a vinyl group in the side chain.
セルロース繊維組成物のセルロース繊維(A)含有量は、80~98質量%である必要がある。セルロース繊維複合組成物を製造する際には、熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)に対して十分な量のセルロース繊維(A)を効率よく混練するために、90~98質量%であることが好ましい。また、セルロース繊維組成物に用いるセルロース繊維(A)は、予め微細化されているものであっても構わない。 The cellulose fiber (A) content of the cellulose fiber composition must be 80 to 98% by mass. When producing a cellulose fiber composite composition, the content is preferably 90 to 98% by mass in order to efficiently knead a sufficient amount of cellulose fiber (A) with the thermoplastic resin and/or rubber (E). The cellulose fiber (A) used in the cellulose fiber composition may be previously finely divided.
<有機溶剤(B)>
有機溶剤(B)は下記(1)~(4)の条件を満足する必要がある。
(1)沸点が125~300℃である。
(2)25℃における水100gに対する溶解度が5g以上である。
(3)25℃における表面張力が20~36mN/mである。
(4)活性プロトンを有しない。
<Organic Solvent (B)>
The organic solvent (B) must satisfy the following conditions (1) to (4).
(1) The boiling point is 125 to 300°C.
(2) The solubility in 100 g of water at 25° C. is 5 g or more.
(3) The surface tension at 25°C is 20 to 36 mN/m.
(4) It does not have an active proton.
通常、水を含んだセルロース繊維の乾燥工程においては、水の表面張力によりセルロース繊維間に引力が発生し(Campbell効果)、乾燥過程でセルロース繊維が相互に接近し、水酸基同士が水素結合を形成するため、セルロース繊維が凝集する。
本発明においては、セルロース繊維(A)を熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)と混練する前に予め、セルロース繊維に含まれる水を前記(1)~(4)の条件を満足する有機溶剤(B)により置換したセルロース繊維組成物とすることで、セルロース繊維(A)の凝集が効果的に低減され、熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)への分散性を向上することができる。有機溶剤(B)を添加することによる本発明の効果発現のメカニズムは定かではないが、有機溶剤(B)は水溶性を示すため、表面張力の高い水と置き換わってCampbell効果を低減させる効果が有ると共に、水よりも沸点が高いために脱水後にも有機溶剤(B)が残留することでセルロース繊維(A)の持つ水酸基同士の水素結合を緩和していると推察する。
Typically, during the drying process of cellulose fibers that contain water, an attractive force is generated between the cellulose fibers due to the surface tension of the water (Campbell effect), and the cellulose fibers approach each other during the drying process, and the hydroxyl groups form hydrogen bonds, causing the cellulose fibers to aggregate.
In the present invention, by preparing a cellulose fiber composition in which water contained in the cellulose fibers is replaced with an organic solvent (B) satisfying the above conditions (1) to (4) before kneading the cellulose fibers (A) with a thermoplastic resin and/or rubber (E), aggregation of the cellulose fibers (A) can be effectively reduced and dispersibility in the thermoplastic resin and/or rubber (E) can be improved. Although the mechanism by which the effect of the present invention is exerted by adding the organic solvent (B) is not clear, it is presumed that the organic solvent (B) is water-soluble and therefore has the effect of replacing water having a high surface tension to reduce the Campbell effect, and that the organic solvent (B) remains even after dehydration due to its higher boiling point than water, thereby relaxing the hydrogen bonds between the hydroxyl groups of the cellulose fibers (A).
有機溶剤(B)の常圧における沸点は125~300℃である必要がある。有機溶剤(B)の沸点が125℃未満である場合、水を加えて解したセルロース繊維(A)と有機溶剤(B)を混合した後に水を除去する工程において、有機溶剤(B)が水と共に除去されてしまう。結果、セルロース繊維(A)間に存在する水が有機溶剤(B)へ十分に入れ替わらず、かつ有機溶剤(B)が残存しないため、セルロース繊維(A)の凝集を防ぐことができない。有機溶剤(B)の沸点は140~260℃が好ましく、150~240℃がより好ましい。 The boiling point of the organic solvent (B) at normal pressure must be 125 to 300°C. If the boiling point of the organic solvent (B) is less than 125°C, the organic solvent (B) will be removed together with the water in the process of removing the water after mixing the cellulose fibers (A) dissolved by adding water with the organic solvent (B). As a result, the water present between the cellulose fibers (A) is not sufficiently replaced by the organic solvent (B) and no organic solvent (B) remains, making it impossible to prevent the aggregation of the cellulose fibers (A). The boiling point of the organic solvent (B) is preferably 140 to 260°C, more preferably 150 to 240°C.
有機溶剤(B)は、25℃における水100gに対する溶解度が5g以上である必要がある。溶解度が5g以上でないと、水を含んだセルロース繊維(A)に取り込まれないためセルロース繊維(A)の凝集を防ぐことができない。有機溶剤(B)は、25℃における水100gに対する溶解度が10g以上であることが好ましく、より好ましくは20g以上である。 The organic solvent (B) must have a solubility of 5 g or more in 100 g of water at 25°C. If the solubility is less than 5 g or more, the organic solvent will not be absorbed into the cellulose fibers (A) containing water, and aggregation of the cellulose fibers (A) cannot be prevented. The organic solvent (B) preferably has a solubility of 10 g or more in 100 g of water at 25°C, and more preferably 20 g or more.
有機溶剤(B)の25℃における表面張力は、20~36mN/mである必要がある。表面張力が36mN/mを上回る場合、セルロース繊維(A)間に介在する水を有機溶剤(B)へ置き換えても、有機溶剤(B)がCampbell効果を発現して水酸基同士が水素結合を形成するため、セルロース繊維(A)は強く凝集してしまう。結果として熱可塑性樹脂及び/又はゴムへの良好な分散性や補強性を得ることが出来ない。有機溶剤(B)の25℃における表面張力は20~35mN/mが好ましく、20~34mN/mがより好ましい。 The surface tension of the organic solvent (B) at 25°C must be 20 to 36 mN/m. If the surface tension exceeds 36 mN/m, even if the water present between the cellulose fibers (A) is replaced with the organic solvent (B), the organic solvent (B) will exhibit the Campbell effect, causing the hydroxyl groups to form hydrogen bonds with each other, resulting in strong aggregation of the cellulose fibers (A). As a result, good dispersibility and reinforcing properties in thermoplastic resins and/or rubbers cannot be obtained. The surface tension of the organic solvent (B) at 25°C is preferably 20 to 35 mN/m, more preferably 20 to 34 mN/m.
有機溶剤(B)は、活性プロトンを有しない。有機溶剤(B)が活性プロトンを有する場合、セルロース繊維(A)の水酸基同士で生じる水素結合を緩和することができないため、セルロール繊維(A)の凝集抑制が不十分となる。 The organic solvent (B) does not have an active proton. If the organic solvent (B) has an active proton, it will not be able to relax the hydrogen bonds formed between the hydroxyl groups of the cellulose fibers (A), resulting in insufficient inhibition of aggregation of the cellulose fibers (A).
有機溶剤(B)は、前記(1)~(4)の条件を満足したうえで、セルロース繊維(A)との親和性や表面張力の観点から、エーテル結合を有していることが好ましく、窒素原子や硫黄原子を有していないことがより好ましい。セルロース繊維(A)の凝集を防ぐ観点から、水への溶解度や沸点を考慮すると、特に好ましい有機溶剤(B)は、(ポリ)エチレングリコールジアルキルエーテル及び(ポリ)プロピレングリコールジアルキルエーテルの群から選ばれる少なくとも1種であり、アルキルエーテルを構成するアルキル基の炭素数が1~4である。 In addition to satisfying the above conditions (1) to (4), the organic solvent (B) preferably has an ether bond from the viewpoint of affinity with the cellulose fibers (A) and surface tension, and more preferably does not have a nitrogen atom or a sulfur atom. From the viewpoint of preventing aggregation of the cellulose fibers (A) and taking into consideration the solubility in water and boiling point, a particularly preferred organic solvent (B) is at least one selected from the group consisting of (poly)ethylene glycol dialkyl ethers and (poly)propylene glycol dialkyl ethers, in which the number of carbon atoms in the alkyl group constituting the alkyl ether is 1 to 4.
好ましい有機溶剤(B)としては、(ポリ)エチレングリコールジアルキルエーテルとしては、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。また、(ポリ)プロピレングリコールジアルキルエーテルとしては、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。 Preferred organic solvents (B) include (poly)ethylene glycol dialkyl ethers such as diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, diethylene glycol butyl methyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol butyl methyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, and polyethylene glycol dimethyl ether. Also, (poly)propylene glycol dialkyl ethers such as dipropylene glycol dimethyl ether and tripropylene glycol dimethyl ether.
セルロース繊維組成物が有機溶剤(B)を含有することにより、セルロース繊維複合組成物を製造する際に熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)へのセルロース繊維(A)の分散性が向上するため、結果としてセルロース繊維(A)は高い補強効果を発現することができる。セルロース繊維組成物の有機溶剤(B)含有量は、1~20000ppmである必要がある。セルロース繊維組成物に含まれる有機溶剤(B)の量は(株)島津製作所製ガスクロマトグラフGC-2014を用いて測定する。
セルロース繊維組成物の有機溶剤(B)含有量が1ppmを下回ると、前記のようなセルロース繊維(A)の分散性向上効果が期待できない。また、セルロース繊維組成物の有機溶剤(B)含有量が20000ppmを上回ると、熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)との混練の際に、過剰な有機溶剤(B)が可塑剤として機能し、セルロース繊維複合組成物の機械的物性を低下させてしまう。好ましくは、5~19000ppmであり、25~18000ppmが更に好ましく、50~16000ppmが最も好ましい。なお、過剰な有機溶剤(B)の存在は発火や爆発の危険性を伴うため、できる限り本発明の効果が十分に得られる最小限の含有量にとどめることが好ましい。
By containing the organic solvent (B) in the cellulose fiber composition, the dispersibility of the cellulose fiber (A) in the thermoplastic resin and/or rubber (E) is improved when producing a cellulose fiber composite composition, and as a result, the cellulose fiber (A) can exhibit a high reinforcing effect. The content of the organic solvent (B) in the cellulose fiber composition needs to be 1 to 20,000 ppm. The amount of the organic solvent (B) contained in the cellulose fiber composition is measured using a gas chromatograph GC-2014 manufactured by Shimadzu Corporation.
If the organic solvent (B) content of the cellulose fiber composition is less than 1 ppm, the effect of improving the dispersibility of the cellulose fiber (A) as described above cannot be expected. If the organic solvent (B) content of the cellulose fiber composition is more than 20,000 ppm, the excess organic solvent (B) functions as a plasticizer during kneading with the thermoplastic resin and/or rubber (E), and the mechanical properties of the cellulose fiber composite composition are reduced. The organic solvent (B) content is preferably 5 to 19,000 ppm, more preferably 25 to 18,000 ppm, and most preferably 50 to 16,000 ppm. Since the presence of an excess of organic solvent (B) is accompanied by the risk of fire or explosion, it is preferable to keep the content to the minimum level at which the effects of the present invention can be fully obtained.
セルロース繊維組成物の熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)への分散性を把握する上で、セルロース繊維組成物に含まれる繊維凝集物の量が目安となり、これが少ないほど分散性が良い傾向に有る。
セルロース繊維組成物中の繊維凝集物はセルロース繊維組成物に対して30質量%以下であることが好ましく、更に好ましくは25質量%以下である。繊維凝集物が30質量%を超えるセルロース繊維(A)を機械的に粉砕し、繊維凝集物を30質量%以下とすることは可能である。しかしながら、このような過程で得たセルロース繊維(A)は適切な分散性を示さず、熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)の補強効果は劣ったものとなる。
なお、本発明における繊維凝集物とは、目開き600μmで金属線の直径が400μmである金属製ふるい網を通過できないセルロース繊維組成物の凝集物である。
In order to grasp the dispersibility of the cellulose fiber composition in the thermoplastic resin and/or rubber (E), the amount of fiber aggregates contained in the cellulose fiber composition serves as a guide, and the smaller this amount is, the better the dispersibility tends to be.
The fiber aggregates in the cellulose fiber composition are preferably 30% by mass or less, more preferably 25% by mass or less, based on the cellulose fiber composition. It is possible to mechanically crush cellulose fibers (A) containing more than 30% by mass of fiber aggregates to reduce the fiber aggregates to 30% by mass or less. However, the cellulose fibers (A) obtained by such a process do not exhibit appropriate dispersibility, and the reinforcing effect of the thermoplastic resin and/or rubber (E) is inferior.
In the present invention, the fiber agglomerate refers to an agglomerate of a cellulose fiber composition that cannot pass through a metal sieve having an opening of 600 μm and a metal wire diameter of 400 μm.
<その他成分(C)>
その他成分(C)はセルロース繊維組成物の製造において除去しきれず残存した水などのセルロース繊維(A)及び有機溶剤(B)以外の留去可能な成分である。セルロース繊維組成物のその他成分(C)の含有量は、(A)~(C)の合計を100質量%として、100質量%から(A)、(B)の合計を際し引いた残分である。その他成分(C)の含有量は、セルロース繊維複合組成物を製造する際の熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)へのセルロース繊維(A)の分散性や、セルロース繊維(A)の機械的物性向上に対する寄与の観点から、できる限り少ないことが好ましい。
<Other Components (C)>
The other component (C) is a distillable component other than the cellulose fibers (A) and the organic solvent (B), such as water that remains after not being completely removed during the production of the cellulose fiber composition. The content of the other component (C) in the cellulose fiber composition is the remainder obtained by subtracting the total of (A) and (B) from 100% by mass, where the total of (A) to (C) is taken as 100% by mass. It is preferable that the content of the other component (C) is as small as possible from the viewpoints of the dispersibility of the cellulose fibers (A) in the thermoplastic resin and/or rubber (E) during the production of the cellulose fiber composite composition and the contribution to improving the mechanical properties of the cellulose fibers (A).
本発明のセルロース繊維組成物は、例えば、水を含んだ湿潤状態のセルロース繊維(A)に有機溶剤(B)を添加し、撹拌しながら減圧下で加熱することにより水と有機溶剤(B)をセルロース繊維組成物中のセルロース繊維(A)含有量が80質量%以上となるまで留去することで製造することができる。使用する有機溶剤(B)の量は特に限定されないが、作業効率やエネルギー効率の観点から、セルロース繊維(A)100質量部に対して有機溶剤(B)を7~50000質量部使用することが好ましく、10~10000質量部使用することがより好ましく、12~1000質量部使用することが更に好ましく、15~500質量部使用することが最も好ましい。 The cellulose fiber composition of the present invention can be produced, for example, by adding an organic solvent (B) to cellulose fibers (A) in a wet state containing water, and heating under reduced pressure while stirring to distill off the water and organic solvent (B) until the content of cellulose fibers (A) in the cellulose fiber composition is 80% by mass or more. The amount of organic solvent (B) used is not particularly limited, but from the viewpoints of work efficiency and energy efficiency, it is preferable to use 7 to 50,000 parts by mass of organic solvent (B) per 100 parts by mass of cellulose fibers (A), more preferably 10 to 10,000 parts by mass, even more preferably 12 to 1,000 parts by mass, and most preferably 15 to 500 parts by mass.
<セルロース繊維複合組成物の製造方法>
セルロース繊維複合組成物は、セルロース繊維組成物と熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)とを混練することで得られる。
<Method of producing cellulose fiber composite composition>
The cellulose fiber composite composition can be obtained by kneading the cellulose fiber composition with a thermoplastic resin and/or a rubber (E).
<熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)>
熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)は、成形材料として用いることができるものであれば特に限定されない。なお、本発明において熱可塑性樹脂とは、加熱により軟化する樹脂をいい、熱可塑性プラスチックや熱可塑性エラストマー(ゴム状弾性を示す高分子をエラストマーという)を意味する。また、ゴムとは、熱硬化性樹脂(熱を加えることで化学反応を起こし硬化する特性を持った樹脂)のうち、エラストマーに分類されるものを意味する。さらに、本発明において「熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)」は、「熱可塑性樹脂」、「ゴム」、又は「熱可塑性樹脂とゴムの混合物」のいずれかである。熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)は、1種単独又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<Thermoplastic resin and/or rubber (E)>
The thermoplastic resin and/or rubber (E) is not particularly limited as long as it can be used as a molding material. In the present invention, the thermoplastic resin refers to a resin that softens when heated, and means a thermoplastic plastic or a thermoplastic elastomer (a polymer that exhibits rubber-like elasticity is called an elastomer). In addition, the rubber refers to a thermosetting resin (a resin that has the property of hardening by a chemical reaction when heat is applied) that is classified as an elastomer. Furthermore, in the present invention, the "thermoplastic resin and/or rubber (E)" is either a "thermoplastic resin", "rubber", or a "mixture of a thermoplastic resin and a rubber". The thermoplastic resin and/or rubber (E) may be used alone or in combination of two or more kinds.
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの各種ポリオレフィン;ポリアミド11やポリアミド12などの各種ポリアミド;ポリブチレンサクシネートやポリ乳酸などの各種ポリエステル;ポリメチルメタクリレートやポリエチルメタクリレートなどの各種ポリ(メタ)アクリレート;ポリオキシメチレンなどの各種ポリエーテル;ポリプロピレンカーボネート、ポリカーボネートジオールなどの各種ポリカーボネート;ポリスチレン;石油樹脂、クマロン樹脂;テルペン樹脂;ロジン樹脂;ポリビニルアルコール;ポリ酢酸ビニル;エチレン-酢酸ビニル共重合体;ポリウレタン;ポリ塩化ビニルなどが挙げられる。また、熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン系エラストマー、ポリブチレンテレフタレートとポリブチレングリコールのブロックコポリマーをはじめとするエステル系エラストマー;ポリウレタンエラストマー;ポリアミドエラストマーが挙げられる。これらのなかでも、ポリオレフィン、ポリスチレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体、スチレン系エラストマー、エステル系エラストマーが好ましく、ポリオレフィンが特に好ましい。 Examples of thermoplastic resins include various polyolefins such as polyethylene and polypropylene; various polyamides such as polyamide 11 and polyamide 12; various polyesters such as polybutylene succinate and polylactic acid; various poly(meth)acrylates such as polymethyl methacrylate and polyethyl methacrylate; various polyethers such as polyoxymethylene; various polycarbonates such as polypropylene carbonate and polycarbonate diol; polystyrene; petroleum resins, coumarone resins; terpene resins; rosin resins; polyvinyl alcohol; polyvinyl acetate; ethylene-vinyl acetate copolymers; polyurethane; polyvinyl chloride; and the like. Examples of thermoplastic elastomers include ester-based elastomers such as styrene-based elastomers and block copolymers of polybutylene terephthalate and polybutylene glycol; polyurethane elastomers; and polyamide elastomers. Among these, polyolefins, polystyrenes, ethylene-vinyl acetate copolymers, styrene-based elastomers, and ester-based elastomers are preferred, with polyolefins being particularly preferred.
ゴムとしては、例えば、原料モノマーにジエン化合物を含むゴム、エピクロルヒドリンゴム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、及びそれらの変性物から選ばれる1種又は2種以上の組み合わせが挙げられる。これらのなかでも、原料モノマーにジエン化合物を含むゴム及びそれらの変性物が好ましい。原料モノマーにジエン化合物を含むゴムとしては、例えば、天然ゴム、合成ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリブタジエン、スチレン-ブタジエン共重合体、スチレン-イソプレン共重合体、イソブチレン-イソプレン共重合体、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、エチレン-ブテン-ジエン共重合体、エチレン-ヘキセン-ジエン共重合体、エチレン-オクテン-ジエン共重合体、及びそれらの変性物から選ばれる1種又は2種以上の組み合わせである。特に、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体が好ましい。 Examples of rubber include rubber containing a diene compound in the raw material monomer, epichlorohydrin rubber, polysulfide rubber, silicone rubber, fluororubber, and modified products thereof. Among these, rubber containing a diene compound in the raw material monomer and modified products thereof are preferred. Examples of rubber containing a diene compound in the raw material monomer include natural rubber, synthetic polyisoprene, polychloroprene, polybutadiene, styrene-butadiene copolymer, styrene-isoprene copolymer, isobutylene-isoprene copolymer, styrene-isoprene-butadiene copolymer, acrylonitrile-butadiene copolymer, ethylene-propylene-diene copolymer, ethylene-butene-diene copolymer, ethylene-hexene-diene copolymer, ethylene-octene-diene copolymer, and modified products thereof. In particular, ethylene-propylene-diene copolymer is preferred.
セルロース繊維複合組成物は、成形性や機械的物性の観点から、セルロース繊維(A):熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)=0.05~60:40~99.95質量%となる割合で含むことが好ましい。セルロース繊維(A):熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)=0.1~55:45~99.9質量%となる割合で含むことがより好ましく、セルロース繊維(A):熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)=0.5~51:49~99.5質量%となる割合で含むことが更に好ましい。 From the viewpoint of moldability and mechanical properties, the cellulose fiber composite composition preferably contains cellulose fiber (A): thermoplastic resin and/or rubber (E) in a ratio of 0.05-60:40-99.95% by mass. It is more preferable that the cellulose fiber (A): thermoplastic resin and/or rubber (E) ratio be 0.1-55:45-99.9% by mass, and even more preferable that the cellulose fiber (A): thermoplastic resin and/or rubber (E) ratio be 0.5-51:49-99.5% by mass.
混練方法としては公知の混練装置を用いることができ、例えば東洋精機(株)製のラボプラストミルや(株)安田精機製作所製のロールミル、(株)テクノベル製の二軸押出機等が挙げられる。混練時の温度は特に限定されないが、セルロース繊維(A)の繊維径が微細化して熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)へより均一に分散し、より高い補強効果を発現することから、用いる熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)の融点以上で溶融させて混練することが好ましい。 As a kneading method, a known kneading device can be used, such as a Labo Plastomill manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., a roll mill manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho Co., Ltd., or a twin-screw extruder manufactured by Technovel Co., Ltd. The temperature during kneading is not particularly limited, but it is preferable to melt and knead the cellulose fiber (A) at a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin and/or rubber (E) used, since the fiber diameter of the cellulose fiber (A) becomes finer and the cellulose fiber (A) is more uniformly dispersed in the thermoplastic resin and/or rubber (E) and a higher reinforcing effect is exhibited.
溶融混練によりセルロース繊維(A)が微細化していることは、セルロース繊維複合組成物を厚さ0.1mmの薄膜とし、薄膜を目視観察することで確認することができる。本発明では、薄膜中にセルロース繊維(A)が視認できなくなっている状態を微細化しているものとする。 The fact that the cellulose fibers (A) have been finely divided by melt kneading can be confirmed by forming the cellulose fiber composite composition into a thin film having a thickness of 0.1 mm and visually observing the thin film. In the present invention, the cellulose fibers (A) are considered to have been finely divided when they can no longer be visually recognized in the thin film.
本発明のセルロース繊維複合組成物には、本発明の効果に支障のない限りにおいて、その他の添加剤を含んでもよい。その他の添加剤としては、安定剤、相溶化剤、発泡助剤、無機充填剤、顔料などが挙げられる。なお、安定剤とは、セルロース繊維(A)の保管時や加工時の品質を劣化させないために用いるものであり、例えば、酸化防止剤、金属不活性化剤、紫外線吸収剤、クエンチャー、光安定剤、難燃剤、帯電防止剤が挙げられる。 The cellulose fiber composite composition of the present invention may contain other additives as long as they do not impair the effects of the present invention. Examples of other additives include stabilizers, compatibilizers, foaming assistants, inorganic fillers, and pigments. Stabilizers are used to prevent deterioration of the quality of the cellulose fiber (A) during storage and processing, and examples of such stabilizers include antioxidants, metal deactivators, ultraviolet absorbers, quenchers, light stabilizers, flame retardants, and antistatic agents.
本発明のセルロース繊維複合組成物は、軽量化、断熱性、防音性、絶縁性、及び衝撃吸収性等の機能が要求される分野において好適に用いることができ、例えば、輸送用機器、電化製品、シール・パッキン材、印刷機器、楽器、複写機器、医療用品、履物、スポーツ用品、建築材、事務用品、保温材、吸音材、雑貨、容器、衣料用品等の用途に合わせた部品として成形することで、有効に使用することが出来る。 The cellulose fiber composite composition of the present invention can be suitably used in fields requiring functions such as weight reduction, heat insulation, soundproofing, insulation, and shock absorption, and can be effectively used by molding it into parts suited to the intended use, for example, transportation equipment, electrical appliances, seals and packing materials, printing equipment, musical instruments, copying equipment, medical supplies, footwear, sporting goods, building materials, office supplies, heat insulation materials, sound absorbing materials, miscellaneous goods, containers, clothing, etc.
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The following describes examples of the present invention. Note that the present invention is not limited to these examples.
実施例で用いる有機溶剤の沸点や水100gに対する溶解度(25℃)、表面張力(25℃)、活性プロトンの有無を表1に示す。 The boiling points, solubility in 100 g of water (25°C), surface tension (25°C), and presence or absence of active protons of the organic solvents used in the examples are shown in Table 1.
なお、表中の「任意」とは、水と任意の割合で混合することを示す。
以下、表1、及び表2中の略号は以下の溶剤を表す。
DEGDM:ジエチレングリコールジメチルエーテル
DEGDE:ジエチレングリコールジエチルエーテル
DEGBM:ジエチレングリコールブチルメチルエーテル
DPGDM:ジプロピレングリコールジメチルエーテル
EGMAc:エチレングリコールメチルエーテルアセテート
PEGDM:ポリエチレングリコールジメチルエーテル・・・東邦化学工業株式会社製、ハイソルブ(登録商標。以下、略することがある)MPM、グリコールユニットの平均繰り返し単位数:4.4
AC:アセトン
EG:エチレングリコール
PGDM:プロピレングリコールジメチルエーテル
DEGDB:ジエチレングリコールジブチルエーテル
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
DEGB:ジエチレングリコールモノブチルエーテル
In the table, "any ratio" means that the material can be mixed with water in any ratio.
The abbreviations in Tables 1 and 2 below represent the following solvents.
DEGDM: diethylene glycol dimethyl ether DEGDE: diethylene glycol diethyl ether DEGBM: diethylene glycol butyl methyl ether DPGDM: dipropylene glycol dimethyl ether EGMAc: ethylene glycol methyl ether acetate PEGDM: polyethylene glycol dimethyl ether ... manufactured by Toho Chemical Industry Co., Ltd., Hisorb (registered trademark, hereinafter sometimes abbreviated) MPM, average number of repeating units of glycol unit: 4.4
AC: Acetone EG: Ethylene glycol PGDM: Propylene glycol dimethyl ether DEGDB: Diethylene glycol dibutyl ether NMP: N-methyl-2-pyrrolidone DEGB: Diethylene glycol monobutyl ether
評価方法は、以下の通りである。
(1)変性反応進行の確認
変性反応の進行はPerkin Elmer社製フーリエ変換赤外分光分析装置「Spectrum one」を用いて観察した。具体的には1650~1750cm-1に生じるエステル結合のカルボニル炭素と酸素の伸縮振動に由来するピーク強度が変性反応の進行に伴い増強することを確認した。
(2)不揮発分の測定
不揮発分の測定には赤外線水分計((株)ケット科学研究所製:「FD-620」)を用いた。なお、設定温度は150℃とした。
(3)セルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量の測定
セルロース繊維組成物4.0gを目開き600μmで金属線の直径が400μmである金属製ふるい網に置き、下から掃除機で吸った後に、ふるい網を通過せずに残ったセルロース繊維組成物の質量を4.0gで除し、セルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量測定した。セルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量は30質量%以下を実用レベルとする。
(4)曲げ弾性率の測定
セルロース繊維複合組成物は射出成形機を用いてJIS規格 K7171に記載のバー型試験片とし、JIS K7171に準拠して、オリエンテック株式会社製万能材料試験機「テンシロン(登録商標)RTM-50」で曲げ弾性率を測定した。曲げ弾性率は材料の硬さを表す機械的物性であり、2.5GPa以上を実用レベルとする。
(5)50%モジュラスの測定
シート化したセルロース繊維複合組成物を過酸化物架橋した上で打ち抜き、長さ:70mm、幅:5mm、厚さ:1mmの試験片を作製した。得られた試験片からオリエンテック株式会社製万能材料試験機「テンシロン(登録商標)RTM-50」を用いた引張試験により50%モジュラスを測定した。50%モジュラスは材料の硬さを表す機械的物性であり、1.0MPa以上を実用レベルとする。
(6)セルロース繊維複合組成物中のセルロース繊維(A)の繊維径評価
セルロース繊維複合組成物1.0gを厚さ0.1mmの薄膜とし、薄膜の目視観察によってセルロース繊維(A)の繊維径が微細化しているか否か評価した。薄膜中にセルロース繊維(A)が視認できなくなる程度に繊維径が細くなっている場合を微細化している(良)とし、セルロース繊維(A)が視認できる場合を微細化していない(可)とした。
(7)有機溶剤(B)の含有量測定
セルロース繊維組成物に含まれる有機溶剤(B)の量は(株)島津製作所製ガスクロマトグラフGC-2014を用いて測定した。
The evaluation method is as follows.
(1) Confirmation of the progress of the modification reaction The progress of the modification reaction was observed using a Fourier transform infrared spectrometer "Spectrum One" manufactured by Perkin Elmer Co., Ltd. Specifically, it was confirmed that the peak intensity derived from the stretching vibration of the carbonyl carbon and oxygen of the ester bond generated at 1650 to 1750 cm -1 increased as the modification reaction progressed.
(2) Measurement of non-volatile content The non-volatile content was measured using an infrared moisture meter (manufactured by Kett Electric Laboratory Co., Ltd.: "FD-620"). The set temperature was 150°C.
(3) Measurement of fiber aggregate content in cellulose fiber composition 4.0 g of the cellulose fiber composition was placed on a metal sieve with a mesh size of 600 μm and a metal wire diameter of 400 μm, and after vacuuming from below, the mass of the cellulose fiber composition that did not pass through the sieve and remained was divided by 4.0 g to measure the fiber aggregate content in the cellulose fiber composition. A fiber aggregate content in the cellulose fiber composition of 30 mass% or less is considered to be at a practical level.
(4) Measurement of flexural modulus The cellulose fiber composite composition was formed into a bar-shaped test piece as described in JIS standard K7171 using an injection molding machine, and the flexural modulus was measured in accordance with JIS K7171 using a universal material testing machine "Tensilon (registered trademark) RTM-50" manufactured by Orientec Co., Ltd. The flexural modulus is a mechanical property that indicates the hardness of a material, and a practical level is 2.5 GPa or more.
(5) Measurement of 50% modulus The sheeted cellulose fiber composite composition was crosslinked with peroxide and punched out to prepare a test piece with a length of 70 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 1 mm. The 50% modulus of the obtained test piece was measured by a tensile test using a universal material testing machine "Tensilon (registered trademark) RTM-50" manufactured by Orientec Co., Ltd. The 50% modulus is a mechanical property that indicates the hardness of a material, and a practical level is 1.0 MPa or more.
(6) Evaluation of fiber diameter of cellulose fiber (A) in cellulose fiber composite composition 1.0 g of the cellulose fiber composite composition was formed into a thin film with a thickness of 0.1 mm, and the thin film was visually observed to evaluate whether the fiber diameter of the cellulose fiber (A) was fine or not. When the fiber diameter was so small that the cellulose fiber (A) was not visible in the thin film, it was judged as fine (good), and when the cellulose fiber (A) was visible, it was judged as not fine (fair).
(7) Measurement of Content of Organic Solvent (B) The amount of organic solvent (B) contained in the cellulose fiber composition was measured using a gas chromatograph GC-2014 manufactured by Shimadzu Corporation.
[セルロース繊維組成物の製造]
(製造例1)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだ針葉樹晒クラフトパルプ(以下、NBKPと記載する)500.0質量部(不揮発分100.0質量部、ここで、不揮発分は全てセルロース繊維(A)とする。以下同じ。)とジエチレングリコールジメチルエーテル100.0質量部を混合し、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で120℃、3時間加熱することで、水と有機溶剤を留去してセルロース繊維組成物(X-1)を得た。セルロース繊維組成物(X-1)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
[Production of cellulose fiber composition]
(Production Example 1)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, 500.0 parts by mass of water-containing bleached softwood kraft pulp (hereinafter referred to as NBKP) (100.0 parts by mass of nonvolatile content, where all nonvolatile content is cellulose fiber (A), the same applies below) and 100.0 parts by mass of diethylene glycol dimethyl ether were mixed, and the mixture was heated at 120°C for 3 hours under a vacuum of -0.090 MPa or less while stirring to distill off the water and organic solvent, thereby obtaining a cellulose fiber composition (X-1). The composition of the cellulose fiber composition (X-1) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(製造例2)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだNBKP500.0質量部(不揮発分100.0質量部)とジエチレングリコールジエチルエーテル100.0質量部を混合し、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、6時間加熱することで、水と有機溶剤を留去してセルロース繊維組成物(X-2)を得た。セルロース繊維組成物(X-2)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Production Example 2)
500.0 parts by mass of NBKP containing water (100.0 parts by mass of nonvolatile content) and 100.0 parts by mass of diethylene glycol diethyl ether were mixed in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, and the mixture was heated at 130°C for 6 hours under a vacuum of -0.090 MPa or less while stirring to distill off the water and organic solvent, thereby obtaining a cellulose fiber composition (X-2). The composition of the cellulose fiber composition (X-2) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(製造例3~5、7)
有機溶剤(B)を表1に示すものに代えたほかは、製造例2と同様にしてセルロース繊維組成物X-3~X-5、X-7を得た。セルロース繊維組成物(X-3~X-5、X-7)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Production Examples 3 to 5, 7)
Cellulose fiber compositions X-3 to X-5, and X-7 were obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the organic solvent (B) was changed to one shown in Table 1. The compositions of the cellulose fiber compositions (X-3 to X-5, X-7) and the contents of fiber aggregates in the cellulose fiber compositions are shown in Table 2.
(製造例6)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだ針葉樹晒クラフトパルプ(以下、NBKPと記載する)500.0質量部(不揮発分100.0質量部)とポリエチレングリコールジメチルエーテル(東邦化学工業株式会社製ハイソルブMPM)100.0質量部を混合し、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、46時間加熱することで、水と有機溶剤を留去してセルロース繊維組成物(X-6)を得た。セルロース繊維組成物(X-6)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Production Example 6)
500.0 parts by mass of water-containing bleached softwood kraft pulp (hereinafter referred to as NBKP) (100.0 parts by mass of nonvolatile content) and 100.0 parts by mass of polyethylene glycol dimethyl ether (Hisorb MPM manufactured by Toho Chemical Industry Co., Ltd.) were mixed in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, and heated at 130°C for 46 hours at a vacuum degree of -0.090 MPa or less while stirring to distill off the water and organic solvent, thereby obtaining a cellulose fiber composition (X-6). The composition of the cellulose fiber composition (X-6) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(製造例8)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだNBKP500.0質量部(不揮発分100.0質量部)とジエチレングリコールジメチルエーテル100.0質量部を混合し、系内を-0.090MPa以下の真空度で40℃、3時間保持した後、無水酢酸600.0質量部を投入して常圧下100℃で14時間反応させた後に、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、12時間加熱することで、水と有機溶剤を留去してセルロース繊維組成物(X-8)を得た。セルロース繊維組成物(X-8)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Production Example 8)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, 500.0 parts by mass of NBKP containing water (100.0 parts by mass of nonvolatile content) and 100.0 parts by mass of diethylene glycol dimethyl ether were mixed, and the system was maintained at 40 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 3 hours, after which 600.0 parts by mass of acetic anhydride was added and reacted at 100 ° C. under normal pressure for 14 hours, and then heated at 130 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 12 hours while stirring to distill off water and organic solvents to obtain a cellulose fiber composition (X-8). The composition of the cellulose fiber composition (X-8) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(製造例9)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだNBKP500.0質量部(不揮発分100.0質量部)とジエチレングリコールジエチルエーテル100.0質量部を混合し、系内を-0.090MPa以下の真空度で40℃、3時間保持した後、ヘキサデセニルコハク酸無水物25.0質量部を投入して常圧下90℃で2時間反応させてセルロース繊維と共有結合させ、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、6時間加熱することで、水と有機溶剤を留去した。その後、水を10質量部加えてセルロース繊維組成物(X-9)を得た。セルロース繊維組成物(X-9)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Production Example 9)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, 500.0 parts by mass of NBKP containing water (100.0 parts by mass of nonvolatile content) and 100.0 parts by mass of diethylene glycol diethyl ether were mixed, and the system was maintained at 40 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 3 hours, after which 25.0 parts by mass of hexadecenyl succinic anhydride was added and reacted at 90 ° C. under normal pressure for 2 hours to form a covalent bond with the cellulose fibers, and the mixture was heated at 130 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 6 hours while stirring to distill off water and organic solvents. Then, 10 parts by mass of water was added to obtain a cellulose fiber composition (X-9). The composition of the cellulose fiber composition (X-9) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(製造例10)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだNBKP500.0質量部(不揮発分100.0質量部)とジエチレングリコールジエチルエーテル100.0質量部を混合し、系内を-0.090MPa以下の真空度で40℃、3時間保持した後、無水マレイン酸変性ポリブタジエン(Total Cray Valley社製、Ricon(登録商標。以下、略することがある)130MA8)を40.0質量部投入して常圧下100℃で2時間反応させてセルロース繊維と共有結合させ、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、6時間加熱することで、水と有機溶剤を留去してセルロース繊維組成物(X-10)を得た。セルロース繊維組成物(X-10)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Production Example 10)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, 500.0 parts by mass of NBKP containing water (100.0 parts by mass of nonvolatile content) and 100.0 parts by mass of diethylene glycol diethyl ether were mixed, and the system was maintained at 40 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 3 hours, after which 40.0 parts by mass of maleic anhydride-modified polybutadiene (Total Cray Valley, Ricon (registered trademark; hereinafter, may be abbreviated) 130MA8) was added and reacted at normal pressure for 2 hours at 100 ° C. to form a covalent bond with the cellulose fibers, and the mixture was heated at 130 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 6 hours while stirring to distill off the water and organic solvent to obtain a cellulose fiber composition (X-10). The composition of the cellulose fiber composition (X-10) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(製造例11)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだNBKP500.0質量部(不揮発分100.0質量部)とジエチレングリコールジエチルエーテル15.0質量部と無水マレイン酸変性ポリブタジエン(Ricon130MA8)40.0質量部を混合し、系内を-0.090MPa以下の真空度で40℃、3時間保持した後、常圧下100℃で2時間反応させて無水マレイン酸変性ポリブタジエンをセルロース繊維と共有結合させ、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、6時間加熱することで、水と溶剤を留去してセルロース繊維組成物(X-11)を得た。セルロース繊維組成物(X-11)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Production Example 11)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, 500.0 parts by mass of NBKP containing water (100.0 parts by mass of nonvolatiles), 15.0 parts by mass of diethylene glycol diethyl ether, and 40.0 parts by mass of maleic anhydride-modified polybutadiene (Ricon130MA8) were mixed, and the system was kept at 40 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 3 hours, and then reacted at 100 ° C. under normal pressure for 2 hours to covalently bond the maleic anhydride-modified polybutadiene to the cellulose fibers, and the mixture was heated at 130 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 6 hours while stirring to distill off the water and solvent to obtain a cellulose fiber composition (X-11). The composition of the cellulose fiber composition (X-11) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(比較製造例1)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだNBKP500.0質量部(不揮発分100.0質量部)を攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、6時間加熱することで、水を留去し、セルロース繊維組成物(x-1)を得た。セルロース繊維組成物(x-1)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Comparative Production Example 1)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, 500.0 parts by mass of NBKP containing water (100.0 parts by mass of nonvolatile content) was heated at 130°C for 6 hours under a vacuum of -0.090 MPa or less while stirring, thereby distilling off the water to obtain a cellulose fiber composition (x-1). The composition of the cellulose fiber composition (x-1) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(比較製造例2)
セルロース繊維(x-1)をフードプロセッサーにて粉砕し、繊維凝集物の含有量を5質量%にすることでセルロース繊維組成物(x-2)を得た。セルロース繊維組成物(x-2)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Comparative Production Example 2)
The cellulose fiber (x-1) was pulverized in a food processor to adjust the content of fiber aggregates to 5% by mass, thereby obtaining a cellulose fiber composition (x-2). The composition of the cellulose fiber composition (x-2) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(比較製造例3、4、6、8)
有機溶剤(B)を表2に示すものに代えたほかは、製造例2と同様にしてセルロース繊維組成物x-3、x-4、x-6、x-8を得た。セルロース繊維組成物(x-3、x-4、x-6、x-8)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Comparative production examples 3, 4, 6, 8)
Cellulose fiber compositions x-3, x-4, x-6, and x-8 were obtained in the same manner as in Production Example 2, except that the organic solvent (B) was changed to one shown in Table 2. The compositions of the materials (x-3, x-4, x-6, and x-8) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber compositions are shown in Table 2.
(比較製造例5)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだNBKP500.0質量部(不揮発分100.0質量部)とエチレングリコール100.0質量部を混合し、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、24時間加熱することで、水と有機溶剤を留去してセルロース繊維組成物(x-5)を得た。セルロース繊維組成物(x-5)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Comparative Production Example 5)
500.0 parts by mass of NBKP containing water (100.0 parts by mass of nonvolatile content) and 100.0 parts by mass of ethylene glycol were mixed in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, and heated at 130°C for 24 hours under a vacuum of -0.090 MPa or less while stirring to distill off the water and organic solvent, thereby obtaining a cellulose fiber composition (x-5). The composition of the cellulose fiber composition (x-5) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(比較製造例7)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだNBKP500.0質量部(不揮発分100.0質量部)とジエチレングリコールジブチルエーテル100.0質量部を混合し、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、20時間加熱することで、水と有機溶剤を留去してセルロース繊維組成物(x-7)を得た。セルロース繊維組成物(x-7)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Comparative Production Example 7)
500.0 parts by mass of NBKP containing water (100.0 parts by mass of nonvolatile content) and 100.0 parts by mass of diethylene glycol dibutyl ether were mixed in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, and the mixture was heated at 130°C for 20 hours under a vacuum of -0.090 MPa or less while stirring to distill off the water and organic solvent, thereby obtaining a cellulose fiber composition (x-7). The composition of the cellulose fiber composition (x-7) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(比較製造例9)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだNBKP500.0質量部(不揮発分100.0質量部)とジエチレングリコールジエチルエーテル100.0質量部を混合し、系内を-0.090MPa以下の真空度で40℃、3時間保持した後、ヘキサデセニルコハク酸無水物25.0質量部を投入して常圧下90℃で2時間反応させてセルロース繊維と共有結合させ、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、6時間加熱することで、水と溶剤を留去し、水を25質量部投入してセルロース繊維組成物(x-9)を得た。セルロース繊維組成物(x-9)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Comparative Production Example 9)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, 500.0 parts by mass of NBKP containing water (100.0 parts by mass of nonvolatiles) and 100.0 parts by mass of diethylene glycol diethyl ether were mixed, and the system was maintained at 40 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 3 hours, after which 25.0 parts by mass of hexadecenyl succinic anhydride was added and reacted at 90 ° C. under normal pressure for 2 hours to form a covalent bond with the cellulose fibers, and the mixture was heated at 130 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 6 hours while stirring to distill off the water and solvent, and 25 parts by mass of water was added to obtain a cellulose fiber composition (x-9). The composition of the cellulose fiber composition (x-9) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(比較製造例10)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだNBKP500.0質量部(不揮発分100.0質量部)とN-メチルピロリドン100.0質量部を混合し、系内を-0.090MPa以下の真空度で40℃、3時間保持した後、無水マレイン酸変性ポリブタジエン(Ricon130MA8)を40.0質量部投入して常圧下100℃で2時間反応させてセルロース繊維と共有結合させ、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、6時間加熱することで、水と溶剤を留去してセルロース繊維組成物(x-10)を得た。セルロース繊維組成物(x-10)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Comparative Production Example 10)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, 500.0 parts by mass of NBKP containing water (100.0 parts by mass of nonvolatiles) and 100.0 parts by mass of N-methylpyrrolidone were mixed, and the system was maintained at 40 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 3 hours, after which 40.0 parts by mass of maleic anhydride-modified polybutadiene (Ricon130MA8) was added and reacted at 100 ° C. under normal pressure for 2 hours to form a covalent bond with the cellulose fibers, and the mixture was heated at 130 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 6 hours while stirring to distill off the water and solvent to obtain a cellulose fiber composition (x-10). The composition of the cellulose fiber composition (x-10) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
(比較製造例11)
攪拌機、温度計、蒸留器を備えた反応容器に、水を含んだNBKP500.0質量部(不揮発分100.0質量部)とジエチレングリコールモノブチルエーテル100.0質量部を混合し、系内を-0.090MPa以下の真空度で40℃、3時間保持した後、無水マレイン酸変性ポリブタジエン(Ricon130MA8)を40.0質量部投入して100℃で常圧下2時間反応させてセルロース繊維と共有結合させ、攪拌しながら-0.090MPa以下の真空度で130℃、6時間加熱することで、水と溶剤を留去してセルロース繊維組成物(x-11)を得た。セルロース繊維組成物(x-11)の組成及びセルロース繊維組成物中の繊維凝集物の含有量を表2に示す。
(Comparative Production Example 11)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a distiller, 500.0 parts by mass of NBKP containing water (100.0 parts by mass of nonvolatile content) and 100.0 parts by mass of diethylene glycol monobutyl ether were mixed, and the system was maintained at 40 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 3 hours, after which 40.0 parts by mass of maleic anhydride-modified polybutadiene (Ricon130MA8) was added and reacted at 100 ° C. under normal pressure for 2 hours to form a covalent bond with the cellulose fibers, and the mixture was heated at 130 ° C. at a vacuum of -0.090 MPa or less for 6 hours while stirring to distill off the water and solvent to obtain a cellulose fiber composition (x-11). The composition of the cellulose fiber composition (x-11) and the content of fiber aggregates in the cellulose fiber composition are shown in Table 2.
[セルロース繊維複合組成物の製造と評価]
<熱可塑樹脂及び/又はゴム(E)にポリプロピレンを用いたセルロース繊維複合組成物>
(実施例1)
セルロース繊維組成物(X-1)52質量部(セルロース繊維(A)として50質量部)とマレイン化ポリプロピレン(東洋紡株式会社製、トーヨータック(登録商標。以下、略することがある) PMA H-1000P)50質量部をラボプラストミル(東洋精機(株)製)にて170℃で溶融混練し、更にポリプロピレン(株式会社プライムポリマー製、プライムポリプロ(登録商標。以下、略することがある)J108M)150質量部を加えて190℃で溶融混練し、セルロース繊維を20質量%含むセルロース繊維複合組成物を得た。セルロース繊維複合組成物の原料仕込み組成比、セルロース繊維(A):熱可塑樹脂及び/又はゴム(E)比、及び試験片としたときの曲げ弾性率を表3に示す。
[Production and evaluation of cellulose fiber composite composition]
<Cellulose fiber composite composition using polypropylene as thermoplastic resin and/or rubber (E)>
Example 1
52 parts by mass of the cellulose fiber composition (X-1) (50 parts by mass as cellulose fiber (A)) and 50 parts by mass of maleated polypropylene (Toyobo Co., Ltd., Toyo Tac (registered trademark, hereinafter sometimes abbreviated) PMA H-1000P) were melt-kneaded at 170°C in a Labo Plastomill (Toyo Seiki Co., Ltd.), and 150 parts by mass of polypropylene (Prime Polypro (registered trademark, hereinafter sometimes abbreviated) J108M) was added and melt-kneaded at 190°C to obtain a cellulose fiber composite composition containing 20% by mass of cellulose fiber. Table 3 shows the raw material charge composition ratio of the cellulose fiber composite composition, the cellulose fiber (A): thermoplastic resin and/or rubber (E) ratio, and the flexural modulus when made into a test piece.
(実施例2~9、比較例1~8)
セルロース繊維組成物の種類と仕込み量(セルロース繊維(A)として50質量部)を表3の通りに代えたほかは、実施例1と同様にして、セルロース繊維を20質量%含むセルロース繊維複合組成物を得た。各セルロース繊維複合組成物の原料仕込み組成比、セルロース繊維(A):熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)比、及び試験片としたときの曲げ弾性率を表3に示す。
(Examples 2 to 9, Comparative Examples 1 to 8)
Cellulose fiber composite compositions containing 20 mass% of cellulose fiber were obtained in the same manner as in Example 1, except that the type and amount of cellulose fiber composition (50 parts by mass of cellulose fiber (A)) were changed as shown in Table 3. Table 3 shows the raw material charge composition ratio, cellulose fiber (A):thermoplastic resin and/or rubber (E) ratio, and flexural modulus when made into test specimens for each cellulose fiber composite composition.
(参考例)
ポリプロピレン(プライムポリプロJ108M)をそのまま用い、参考例とした。セルロース繊維(A)を含有しない参考例の試験片の曲げ弾性率を表3に示す。
(Reference example)
Polypropylene (Prime Polypro J108M) was used as it was as a reference example. The flexural modulus of the test piece of the reference example not containing the cellulose fiber (A) is shown in Table 3.
表3中のMPPはマレイン化ポリプロピレン(東洋紡株式会社製、トーヨータック PMA H-1000P)を示す。 In Table 3, MPP refers to maleated polypropylene (Toyotac PMA H-1000P, manufactured by Toyobo Co., Ltd.).
<熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)にゴムを用いたセルロース繊維複合組成物>
(実施例10)
セルロース繊維組成物(X-2)10質量部(セルロース繊維(A)として10.0質量部)、酸化亜鉛5.0質量部、ステアリン酸1.0質量部、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体(JSR株式会社製、EP24) 100.0質量部、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体(三井化学株式会社製、X-3012P)10.0質量部、ジクミルパーオキサイド2.0質量部をロールミルにて25℃で混練し、得られたゴムシートを170℃で20分間架橋成形することで、セルロース繊維(A)を7.8質量%含む過酸化物架橋ゴムを得た。セルロース繊維複合組成物の原料仕込み組成比、セルロース繊維(A):熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)比、及び試験片としたときの50%モジュラスを表4に示す。
<Cellulose fiber composite composition using rubber as thermoplastic resin and/or rubber (E)>
Example 10
10 parts by mass of cellulose fiber composition (X-2) (10.0 parts by mass as cellulose fiber (A)), 5.0 parts by mass of zinc oxide, 1.0 parts by mass of stearic acid, 100.0 parts by mass of ethylene-propylene-diene copolymer (manufactured by JSR Corporation, EP24), 10.0 parts by mass of ethylene-propylene-diene copolymer (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., X-3012P), and 2.0 parts by mass of dicumyl peroxide were kneaded in a roll mill at 25 ° C., and the resulting rubber sheet was crosslinked at 170 ° C. for 20 minutes to obtain a peroxide crosslinked rubber containing 7.8% by mass of cellulose fiber (A). Table 4 shows the raw material charge composition ratio of the cellulose fiber composite composition, the cellulose fiber (A): thermoplastic resin and / or rubber (E) ratio, and the 50% modulus when made into a test piece.
(実施例11~13)
セルロース繊維組成物の種類と仕込み量(セルロース繊維(A)として10.0質量部)を表4の通りに代えたほかは、実施例10と同様にして、セルロース繊維(A)を7.8質量%含む過酸化物架橋ゴムを得た。セルロース繊維複合組成物の原料仕込み組成比、セルロース繊維(A):熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)比、及び試験片としたときの50%モジュラスを表4に示す。
(Examples 11 to 13)
A peroxide-crosslinked rubber containing 7.8 mass% of cellulose fiber (A) was obtained in the same manner as in Example 10, except that the type and amount of cellulose fiber composition (10.0 parts by mass of cellulose fiber (A)) was changed as shown in Table 4. Table 4 shows the raw material charge composition ratio of the cellulose fiber composite composition, the cellulose fiber (A):thermoplastic resin and/or rubber (E) ratio, and the 50% modulus when made into a test specimen.
(実施例14)
セルロース繊維(X-10)12質量部(セルロース繊維(A)として10.0質量部)とエチレン-プロピレン-ジエン共重合体(X-3012P)10.0質量部をラボプラストミルにて100℃で溶融混練し、一次混練物とした。この一次混練物へ更に酸化亜鉛5.0質量部、ステアリン酸1.0質量部、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体(EP24)100.0質量部、ジクミルパーオキサイド2.0質量部を加えてロールミルにて25℃で混練し、得られたゴムシートを170℃で20分間架橋成形することで、セルロース繊維(A)を7.8質量%含む過酸化物架橋ゴムを得た。セルロース繊維複合組成物の原料仕込み組成比、セルロース繊維(A):熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)比、及び試験片としたときの50%モジュラスを表4に示す。
(Example 14)
12 parts by mass of cellulose fiber (X-10) (10.0 parts by mass as cellulose fiber (A)) and 10.0 parts by mass of ethylene-propylene-diene copolymer (X-3012P) were melt-kneaded at 100°C in a Labo Plastomill to obtain a primary kneaded product. 5.0 parts by mass of zinc oxide, 1.0 parts by mass of stearic acid, 100.0 parts by mass of ethylene-propylene-diene copolymer (EP24), and 2.0 parts by mass of dicumyl peroxide were further added to this primary kneaded product and kneaded at 25°C in a roll mill, and the obtained rubber sheet was crosslinked and molded at 170°C for 20 minutes to obtain a peroxide-crosslinked rubber containing 7.8% by mass of cellulose fiber (A). Table 4 shows the raw material charge composition ratio of the cellulose fiber composite composition, the cellulose fiber (A): thermoplastic resin and/or rubber (E) ratio, and the 50% modulus when the test piece was made.
(比較例9)
セルロース繊維組成物(x-1)10質量部(セルロース繊維(A)として10.0質量部)、酸化亜鉛5.0質量部、ステアリン酸1.0質量部、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体(EP24)100.0質量部、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体(X-3012P)10.0質量部、ジクミルパーオキサイド2.0質量部をロールミルにて25℃で混練し、得られたゴムシートを170℃で20分間架橋成形することで、セルロース繊維(A)を7.8質量%含む過酸化物架橋ゴムを得た。セルロース繊維複合組成物の原料仕込み組成比、セルロース繊維(A):熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)比、及び試験片としたときの50%モジュラスを表4に示す。
(Comparative Example 9)
10 parts by mass of the cellulose fiber composition (x-1) (10.0 parts by mass as cellulose fiber (A)), 5.0 parts by mass of zinc oxide, 1.0 parts by mass of stearic acid, 100.0 parts by mass of ethylene-propylene-diene copolymer (EP24), 10.0 parts by mass of ethylene-propylene-diene copolymer (X-3012P), and 2.0 parts by mass of dicumyl peroxide were kneaded in a roll mill at 25°C, and the resulting rubber sheet was crosslinked and molded at 170°C for 20 minutes to obtain a peroxide-crosslinked rubber containing 7.8% by mass of cellulose fiber (A). Table 4 shows the raw material charge composition ratio of the cellulose fiber composite composition, the cellulose fiber (A): thermoplastic resin and/or rubber (E) ratio, and the 50% modulus when made into a test piece.
(比較例10~12)
セルロース繊維組成物の種類と仕込み量(セルロース繊維(A)として10.0質量部)を表4の通りに代えたほかは、比較例9と同様に、セルロース繊維(A)を7.8質量%含む過酸化物架橋ゴムを得た。セルロース繊維複合組成物の原料仕込み組成比、セルロース繊維(A):熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)比、及び試験片としたときの50%モジュラスを表4に示す。
(Comparative Examples 10 to 12)
A peroxide-crosslinked rubber containing 7.8 mass% of cellulose fiber (A) was obtained in the same manner as in Comparative Example 9, except that the type and amount of cellulose fiber composition (10.0 parts by mass of cellulose fiber (A)) was changed as shown in Table 4. Table 4 shows the raw material charge composition ratio of the cellulose fiber composite composition, the cellulose fiber (A):thermoplastic resin and/or rubber (E) ratio, and the 50% modulus when made into a test specimen.
(参考例)
エチレン-プロピレン-ジエン共重合体(EP24)100.0質量部とエチレン-プロピレン-ジエン共重合体(X-3012P)10.0質量部の混練物を参考例とした。セルロース繊維(A)を含有しない参考例の試験片の50%モジュラスを表4に示す。
(Reference example)
A kneaded material of 100.0 parts by mass of ethylene-propylene-diene copolymer (EP24) and 10.0 parts by mass of ethylene-propylene-diene copolymer (X-3012P) was used as a reference example. The 50% modulus of the test piece of the reference example not containing cellulose fiber (A) is shown in Table 4.
ロールミルにより混練した実施例12のセルロース繊維複合組成物と、一次混練物においてラボプラストミルにより溶融混練した実施例14のセルロース繊維複合組成物とに含まれるセルロース繊維(A)の繊維径の評価結果を表5に示す。 Table 5 shows the evaluation results of the fiber diameter of the cellulose fiber (A) contained in the cellulose fiber composite composition of Example 12 kneaded by a roll mill and the cellulose fiber composite composition of Example 14 melt-kneaded in the primary kneaded product by a Labo Plastomill.
実施例1~9と比較例1~8の対比、及び実施例10~14と比較例9~12との対比により、本発明の条件を満足するセルロース繊維組成物は熱可塑性樹脂やゴムを効率的に補強し、優れた機械的物性を示すことがわかる。 Comparing Examples 1 to 9 with Comparative Examples 1 to 8, and comparing Examples 10 to 14 with Comparative Examples 9 to 12, it is clear that cellulose fiber compositions that satisfy the conditions of the present invention efficiently reinforce thermoplastic resins and rubbers and exhibit excellent mechanical properties.
実施例3と比較例7より、有機溶剤(B)は25℃における水100gに対する溶解度が5g以上である必要が有ることがわかる。 From Example 3 and Comparative Example 7, it can be seen that the solubility of the organic solvent (B) in 100 g of water at 25°C must be 5 g or more.
実施例1と比較例3及び6より、有機溶剤(B)の沸点が高いとセルロース繊維(A)の分散性が上がり、機械的物性も向上することがわかる。 From Example 1 and Comparative Examples 3 and 6, it can be seen that when the boiling point of the organic solvent (B) is high, the dispersibility of the cellulose fiber (A) increases and the mechanical properties are also improved.
実施例2と実施例8~9、実施例10と実施例11~13より、セルロース繊維(A)が、カルボン酸無水物(D)でアシル化されたセルロース繊維であると、そうでない場合に比べて、機械的物性がより優れることがわかる。 From Examples 2, 8-9, 10, and 11-13, it can be seen that when the cellulose fiber (A) is acylated with a carboxylic anhydride (D), the mechanical properties are superior compared to when it is not acylated.
実施例12と比較例12より、有機溶剤(B)は活性プロトンを有してはならないことがわかる。 Example 12 and Comparative Example 12 show that the organic solvent (B) must not have an active proton.
実施例12と実施例14より、セルロース繊維複合組成物の製造において、セルロース繊維組成物と熱可塑性樹脂及び/又はゴム(E)とを溶融混練することにより、セルロース繊維複合組成物に含まれるセルロース繊維(A)の繊維径は十分に微細化されるため、機械的物性により優れることがわかる。 From Examples 12 and 14, it can be seen that in the production of a cellulose fiber composite composition, the fiber diameter of the cellulose fiber (A) contained in the cellulose fiber composite composition is sufficiently fined by melt-kneading the cellulose fiber composition with a thermoplastic resin and/or rubber (E), resulting in superior mechanical properties.
Claims (4)
(1)沸点が125~300℃である。
(2)25℃における水100gに対する溶解度が5g以上である。
(3)25℃における表面張力が20~36mN/mである。
(4)活性プロトンを有しない。 The cellulose fiber composition comprises 80 to 98 mass% of cellulose fibers (A), 1 to 20,000 ppm of an organic solvent (B), and the remainder being other components (C), characterized in that the organic solvent (B) satisfies the following conditions (1) to (4), is at least one selected from the group consisting of (poly)ethylene glycol dialkyl ethers and (poly)propylene glycol dialkyl ethers, and the number of carbon atoms in the alkyl group constituting the alkyl ether is 1 to 4 .
(1) The boiling point is 125 to 300°C.
(2) The solubility in 100 g of water at 25° C. is 5 g or more.
(3) The surface tension at 25°C is 20 to 36 mN/m.
(4) It does not have an active proton.
(1)沸点が125~300℃である。
(2)25℃における水100gに対する溶解度が5g以上である。
(3)25℃における表面張力が20~36mN/mである。
(4)活性プロトンを有しない。 A method for producing a cellulose fiber composition comprising 80 to 98 mass% cellulose fibers (A), 1 to 20,000 ppm of an organic solvent (B), and the remainder being other components (C), wherein the organic solvent (B) satisfies the following conditions (1) to (4) , is at least one selected from the group consisting of (poly)ethylene glycol dialkyl ethers and (poly)propylene glycol dialkyl ethers, and the alkyl group constituting the alkyl ether has 1 to 4 carbon atoms .
(1) The boiling point is 125 to 300°C.
(2) The solubility in 100 g of water at 25° C. is 5 g or more.
(3) The surface tension at 25°C is 20 to 36 mN/m.
(4) It does not have an active proton.
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