JP7777170B2 - 微細セルロース繊維複合体 - Google Patents
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Description
〔1〕 カルボキシ基含有量が0.1mmol/g以上である微細セルロース繊維のカルボキシ基に修飾基が結合されてなる、平均アスペクト比が1以上150以下である微細セルロース繊維複合体。
〔2〕 樹脂と前記〔1〕記載の微細セルロース繊維複合体とを含有する、樹脂組成物。〔3〕 前記〔2〕記載の樹脂組成物を押出成形、射出成形、プレス成形、注型成型又は溶媒キャスト法を用いることによって得られる、樹脂成形体。
本発明の微細セルロース繊維複合体は、カルボキシ基含有微細セルロース繊維において、カルボキシ基に、後述する修飾基が結合し、特定のアスペクト比を有するものである。
(カルボキシ基含有量)
本発明の微細セルロース繊維複合体を構成する微細セルロース繊維は、カルボキシ基含有量が、0.1mmol/g以上であるが、安定な微細化及び修飾基導入の観点から、好ましくは0.4mmol/g以上、より好ましくは0.6mmol/g以上、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、より好ましくは2mmol/g以下、更に好ましくは1.8mmol/g以下、更に好ましくは1.5mmol/g以下、更に好ましくは1.2mmol/g以下である。なお、「カルボキシ基含有量」とは、微細セルロース繊維を構成するセルロース中のカルボキシ基の総量を意味し、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。
本発明の微細セルロース繊維複合体を構成する微細セルロース繊維の平均繊維径は、該複合体を樹脂に含有させて樹脂組成物とした時の耐熱性及び機械的強度を向上させる観点から、好ましくは0.1nm以上、より好ましくは0.5nm以上、更に好ましくは1nm以上、更に好ましくは2nm以上、より更に好ましくは3nm以上である。また、樹脂に含有させて樹脂組成物とした時の耐熱性を向上させる観点から、好ましくは100nm以下、より好ましくは50nm以下、更に好ましくは20nm以下、更に好ましくは10nm以下、更に好ましくは6nm以下、より更に好ましくは5nm以下である。
本発明の微細セルロース繊維複合体を構成する微細セルロース繊維の長さ(平均繊維長)としては、該複合体を樹脂に含有させて樹脂組成物とした時の耐熱性を向上させる観点から、好ましくは150nm以上、より好ましくは200nm以上である。また、樹脂に含有させて樹脂組成物とした時の耐熱性を向上させる観点から、好ましくは1000nm以下、より好ましくは750nm以下、更に好ましくは500nm以下、更に好ましくは400nm以下である。
また、本発明の微細セルロース繊維複合体は、特定の平均アスペクト比を有することから、構成する微細セルロース繊維も同程度の平均アスペクト比を有することが好ましい。微細セルロース繊維の平均アスペクト比(繊維長/繊維径)としては、複合体を樹脂に含有させて樹脂組成物とした時の耐熱性を向上させる観点から、好ましくは1以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは20以上、更に好ましくは40以上、更に好ましくは50以上であり、複合体を樹脂に含有させて樹脂組成物とした時の耐熱性及び機械的強度を向上させる観点から、好ましくは150以下、より好ましくは140以下、更に好ましくは130以下、更に好ましくは100以下、更に好ましくは95以下、更に好ましくは90以下である。また、平均アスペクト比が上記範囲内にある場合、アスペクト比の標準偏差としては、複合体を樹脂に含有させて樹脂組成物とした時の耐熱性を向上させる観点から、好ましくは60以下、より好ましくは50以下、更に好ましくは45以下であり、下限は特に設定されないが、経済性の観点から、好ましくは4以上である。なお、本明細書において、セルロース繊維の平均繊維径及び平均繊維長は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定することができ、平均アスペクト比は平均繊維長/平均繊維径により算出することができる。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。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の幅と見なすことができる。
微細セルロース繊維の結晶化度は、複合体を樹脂に含有させて樹脂組成物とした時の耐熱性を向上させる観点から、好ましくは30%以上、より好ましくは35%以上、更に好ましくは40%以上、より更に好ましくは45%以上である。また、反応効率を向上させる観点から、好ましくは95%以下、より好ましくは90%以下、更に好ましくは85%以下、より更に好ましくは80%以下である。なお、本明細書において、セルロースの結晶化度は、X線回折法による回折強度値からSegal法により算出したセルロースI型結晶化度であり、下記計算式(A)により定義される。
セルロースI型結晶化度(%)=[(I22.6-I18.5)/I22.6]×100 (A)
〔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〕
なお、セルロースI型とは天然セルロースの結晶形のことであり、セルロースI型結晶化度とは、セルロース全体のうち結晶領域量の占める割合のことを意味する。
クト比化の観点から、好ましくは15分間以上、より好ましくは1時間以上であり、好ましくは4時間以下、より好ましくは2時間以下である。
本発明の微細セルロース繊維複合体は、上記した微細セルロース繊維の表面に修飾基が結合しているものを示すが、これは、例えば、微細セルロース繊維表面に既に存在するカルボキシ基に、修飾基を有する化合物をイオン結合及び/又は共有結合させることにより得られる。カルボキシ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、耐熱性に優れる樹脂組成物を得る観点から、好ましくはアミド結合である。よって、本発明の微細セルロース繊維複合体としては、耐熱性に優れる樹脂組成物を得る観点から、微細セルロース繊維表面に既に存在するカルボキシ基に、修飾基を有する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ことが好ましい。
修飾基を有する化合物としては、後述の修飾基を有するものであればよく、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。カルボキシ基への修飾においては、アミド結合の場合は、第1級アミン、第2級アミンのいずれでもよい。エステル結合の場合は、アルコールがよく、例えば、ブタノール、オクタノール、ドデカノールが例示される。ウレタン結合の場合は、イソシアネート化合物がよい。
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。
本発明において、共重合部としては、例えば、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド(EO/PO)共重合部等を用いることができる。ここで、EO/PO共重合部とは、エチレンオキサイド(EO)とプロピレンオキサイド(PO)がランダム又はブロック状に重合した構造を意味する。例えば、EO/PO共重合部を有するアミンが後述する式(i)で表される場合は、エチレンオキサイド(EO)とプロピレンオキサイド(PO)はランダム又はブロック状の連鎖構造となるが、該アミンが後述する式(ii)で表される構造を有するアミンである場合は、(EO)a(PO)b、(EO)c(PO)d、(EO)e(PO)fは、連鎖している必要はない。
で表される化合物が挙げられる。
本発明の微細セルロース繊維複合体は、前記した微細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。例えば、予め調製された低アスペクト比を有する微細セルロース繊維に修飾基を導入する反応を行ってもよいし、平均アスペクト比が前記範囲から外れる微細セルロース繊維に修飾基を導入する反応を行ってから低アスペクト比化処理を行なってもよいし、低アスペクト比の微細セルロース繊維複合体を調製する際に修飾基を導入する反応を行ってもよい。なお、ここでいう微細セルロース繊維は、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、カルボキシ基が0.1mmol/g以上導入された微細セルロース繊維を調製することができる。また、天然セルロース、イソプロピルアルコール等の低級アルコールと水の混合媒体、水酸化ナトリウム等の触媒を混合した後、クロロ酢酸ナトリウムなどのカルボキシ導入剤を添加し、反応を行う。その後公知の方法で微細化処理することで、カルボキシ基がエーテル結合を介して0.1mmol/g以上導入された微細セルロース繊維を得ることができる。
〔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、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る工程
工程(2A):工程(1)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維と、修飾基を有する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、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る工程
工程(2B):工程(1)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維と、修飾基を有する化合物とをアミド化反応させる工程
修飾基の導入方法は、例えば、態様Aは特開2015-143336号公報に記載の方法を、態様Bは特開2015-143337号公報に記載の方法を参照にして行うことができる。また、本発明においては、工程(1)の後に後述する微細化工程及び/又は低アスペクト比化処理工程を行い、カルボキシ基含有の低アスペクト比微細セルロース繊維とした後に工程(2A又は2B)を行う方法(第1の製造形態)、及び、工程(1)の後に工程(2A又は2B)を行い、その後に微細化工程及び/又は低アスペクト比化処理工程を行って本発明の微細セルロース繊維複合体を得る方法(第2の製造形態)が挙げられるが、効率よく低アスペクト比化と修飾を行う観点から、第1の製造形態で行うことが好ましい。即ち、工程(1)において、カルボキシ基含有の低アスペクト比微細セルロース繊維を得ることが好ましい。
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、カルボキシ基含有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)を行なうことで、カルボキシ基含有量が好ましくは0.1mmol/g以上のカルボキシ基含有セルロース繊維が得られる。
TEMPOを触媒として天然セルロース繊維の酸化を行うことにより、セルロース構成単位のC6位の基(-CH2OH)が選択的にカルボキシ基に変換される。従って、本発明におけるカルボキシ基含有セルロース繊維の好ましい態様として、セルロース構成単位のC6位がカルボキシ基であるセルロース繊維が挙げられる。
次に、第1の製造形態では、精製工程後に工程(1)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維を微細化する工程を行って、カルボキシ基含有の低アスペクト比微細セルロース繊維を得る。微細化工程では、精製工程を経たカルボキシ基含有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。
また、第1の製造形態では、効率よく低アスペクト比を有する複合体を得る観点から、カルボキシ基含有セルロース繊維に対して、生化学的処理、化学処理、及び機械処理から選ばれる少なくとも1つの低アスペクト比化処理を行なって、カルボキシ基含有の低アスペクト比微細セルロース繊維を得ることができる。低アスペクト比化処理としては、具体的には、酸加水分解、熱水分解、酸化分解、遊星ボールミルやロッドミル等の機械処理、酵素処理、アルカリ処理、UV処理、電子線処理等の処理方法が挙げられるが、これらの処理によりセルロース繊維の短繊維化が図られて、微細化処理をより効率的に行うことができ、ひいては、平均アスペクト比が前記範囲内に含まれるものとなる。詳細は、前述の低アスペクト比の微細セルロース繊維の調製方法の項を参照にすることができる。なお、本発明においては、得られる微細セルロース繊維が低アスペクト比を有するのであれば、低アスペクト比化処理と微細化処理のいずれか一方のみを行っても、双方を行ってもよく、両方を行う場合はその順はいずれが先であってもよい。さらに本発明においては、平均アスペクト比を所望の範囲内とするために、例えば、低アスペクト比を有する微細セルロース繊維とアスペクト比が150より大きい高アスペクト比を有する微細セルロース繊維とを混合してもよい。その混合比(高アスペクト比を有する微細セルロース繊維の質量/低アスペクト比を有する微細セルロース繊維の質量)は、複合体を樹脂に含有させて樹脂組成物とした時の耐熱性及び機械的強度を向上させる観点から、好ましくは1以下、より好ましくは0.4以下、更に好ましくは0.1以下、更に好ましくは0.05以下、更に好ましくは0.01以下である。
第1の製造形態において、工程(2A)は、前記微細化工程を経て得られたカルボキシ基含有の低アスペクト比微細セルロース繊維と、修飾基を有する化合物とを混合して、微細セルロース繊維複合体を得る工程である。具体的には、カルボキシ基含有の低アスペクト比微細セルロース繊維と、修飾基を有する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。
第1の製造形態において、工程(2B)は、前記微細化工程を経て得られたカルボキシ基含有の低アスペクト比微細セルロース繊維と、修飾基を有する化合物とをアミド化反応させて、微細セルロース繊維複合体を得る工程である。前記混合方法としては、原料が反応する程度のものであれば特に問題なく、具体的には、前記原料を縮合剤の存在下で混合し、カルボキシ基含有の低アスペクト比微細セルロース繊維に含有されるカルボキシ基と、修飾基を有する化合物のアミノ基とを縮合反応させてアミド結合を形成する。
[樹脂]
本発明における樹脂としては、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂、セルロース系樹脂、ゴム系樹脂を用いることができる。
樹脂成形体は、本発明の樹脂組成物を押出成形、射出成形、プレス成形、注型成型又は溶媒キャスト法等の公知の成形方法を適宜用いることによって調製することができる。例えば、パッケージや基板などに注入あるいは塗布した後、乾燥し硬化させることで用途に応じた成形体を得ることができる。
<3> 微細セルロース繊維のカルボキシ基含有量が、0.4mmol/g以上である、前記<1>記載の微細セルロース繊維複合体。
<4> 微細セルロース繊維のカルボキシ基含有量が、0.6mmol/g以上である、前記<1>記載の微細セルロース繊維複合体。
<5> 微細セルロース繊維のカルボキシ基含有量が、2mmol/g以下である、前記<1>記載の微細セルロース繊維複合体。
<6> 微細セルロース繊維のカルボキシ基含有量が、1.8mmol/g以下である、前記<1>記載の微細セルロース繊維複合体。
<7> 微細セルロース繊維の平均繊維径が、好ましくは0.1nm以上、より好ましくは0.5nm以上、更に好ましくは1nm以上、更に好ましくは2nm以上、より更に好ましくは3nm以上であり、好ましくは100nm以下、より好ましくは50nm以下、更に好ましくは20nm以下、更に好ましくは10nm以下、更に好ましくは6nm以下、より更に好ましくは5nm以下である、前記<1>~<6>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<8> 微細セルロース繊維の平均繊維径が、100nm以下である、前記<1>~<6>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<9> 微細セルロース繊維の平均繊維径が、10nm以下である、前記<1>~<6>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<10> 微細セルロース繊維の平均繊維長が、好ましくは150nm以上、より好ましくは200nm以上であり、好ましくは1000nm以下、より好ましくは750nm以下、更に好ましくは500nm以下、更に好ましくは400nm以下である、前記<1>~<9>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<11> 微細セルロース繊維の平均アスペクト比(繊維長/繊維径)が、好ましくは1以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは20以上、更に好ましくは40以上、更に好ましくは50以上であり、好ましくは150以下、より好ましくは140以下、更に好ましくは130以下、更に好ましくは100以下、更に好ましくは95以下、更に好ましくは90以下である、前記<1>~<10>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<12> 微細セルロース繊維の平均アスペクト比(繊維長/繊維径)が、20以上である、前記<1>~<10>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<13> 微細セルロース繊維の平均アスペクト比(繊維長/繊維径)が、40以上である、前記<1>~<10>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<14> 微細セルロース繊維の平均アスペクト比(繊維長/繊維径)が、50以上である、前記<1>~<10>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<15> 微細セルロース繊維の平均アスペクト比(繊維長/繊維径)が、130以下である、前記<1>~<10>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<16> 微細セルロース繊維の平均アスペクト比(繊維長/繊維径)が、100以下である、前記<1>~<10>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<17> 微細セルロース繊維の平均アスペクト比(繊維長/繊維径)が、90以下である、前記<1>~<10>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<18> 微細セルロース繊維の平均アスペクト比の標準偏差としては、好ましくは60以下、より好ましくは50以下、更に好ましくは45以下であり、好ましくは4以上である、前記<1>~<17>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<19> 微細セルロース繊維が、予めカルボキシ基を含有させる酸化処理を行なったセルロース繊維に対して、生化学的処理、化学処理、及び、機械処理から選ばれる少なくとも1つの低アスペクト比化処理(酸加水分解、熱水分解、酸化分解、機械処理、酵素処理、アルカリ処理、UV処理、電子線処理の1種又は2種以上)を、好ましくは酸加水分解、熱水分解、酸化分解、機械処理の1種単独で又は2種以上を組み合わせて、より好ましくは酸加水分解、熱水分解の1種単独で又は2種以上を組み合わせて、更に好ましくは酸加水分解を行って得られたものである、前記<1>~<18>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<20> 微細セルロース繊維表面に既に存在するカルボキシ基に、修飾基を有する化合物をイオン結合及び/又は共有結合(アミド結合、エステル結合、カルボキシメチル化、カルボキシエチル化などのエーテル結合、ウレタン結合)させることにより得られる、前記<1>~<19>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<22> 修飾基としては、炭化水素基、共重合部を用いることができる、前記<1>~<21>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<23> 炭化水素基としては、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、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、前記<22>記載の微細セルロース繊維複合体。
<24> 鎖式飽和炭化水素基の総炭素数は、1以上が好ましく、2以上がより好ましく、3以上がさらに好ましく、6以上がさらに好ましく、8以上がさらに好ましく、30以下が好ましく、24以下がより好ましく、18以下がさらに好ましく、16以下がよりさらに好ましい、前記<23>記載の微細セルロース繊維複合体。
<25> 鎖式不飽和炭化水素基の総炭素数は、1以上が好ましく、2以上がより好ましく、3以上がさらに好ましく、30以下が好ましく、18以下がより好ましく、12以下がさらに好ましく、8以下がよりさらに好ましい、前記<23>記載の微細セルロース繊維複合体。
<26> 環式飽和炭化水素基の総炭素数は、3以上が好ましく、4以上がより好ましく、5以上がさらに好ましく、20以下が好ましく、16以下がより好ましく、12以下がさらに好ましく、8以下がよりさらに好ましい、前記<23>記載の微細セルロース繊維複合体。
<27> 芳香族炭化水素基として、アリール基の総炭素数は6以上であればよく、好ましくは24以下、より好ましくは20以下、さらに好ましくは14以下、さらに好ましくは12以下、さらに好ましくは10以下であり、アラルキル基の総炭素数は7以上であればよく、好ましくは8以上であり、好ましくは24以下、より好ましくは20以下、さらに好ましくは14以下、さらに好ましくは13以下、さらに好ましくは11以下である、前記<23>記載の微細セルロース繊維複合体。
<28> 微細セルロース繊維複合体における炭化水素基の平均結合量は、好ましくは0.01mmol/g以上、より好ましくは0.05mmol/g以上、更に好ましくは0.1mmol/g以上、更に好ましくは0.3mmol/g以上、更に好ましくは0.5mmol/g以上であり、好ましくは3mmol/g以下、より好ましくは2.5mmol/g以下、更に好ましくは2mmol/g以下、更に好ましくは1.8mmol/g以下、更に好ましくは1.5mmol/g以下である、前記<22>~<27>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<29> 共重合部としては、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド(EO/PO)共重合部を用いることができる、前記<22>記載の微細セルロース繊維複合体。
<30> EO/PO共重合部中のPOの含有率(モル%)は、好ましくは1モル%以上、より好ましくは5モル%以上、更に好ましくは7モル%以上、更に好ましくは10モル%以上であり、好ましくは100モル%以下、より好ましくは90モル%以下、更に好ましくは85モル%以下、更に好ましくは75モル%以下、更に好ましくは60モル%以下、更に好ましくは50モル%以下、更に好ましくは40モル%以下、更に好ましくは30モル%以下である、前記<29>記載の微細セルロース繊維複合体。
<31> EO/PO共重合部の分子量は、好ましくは500以上、より好ましくは1,000以上、更に好ましくは1,500以上であり、好ましくは10,000以下、より好ましくは7,000以下、更に好ましくは5,000以下、更に好ましくは4,000以下、更に好ましくは3,500以下、更に好ましくは2,500以下である、前記<29>又は<30>記載の微細セルロース繊維複合体。
<32> EOの平均付加モル数が、好ましくは11以上、より好ましくは15以上、更に好ましくは20以上、更に好ましくは25以上、更に好ましくは30以上であり、好ましくは100以下、より好ましくは70以下、更に好ましくは60以下、更に好ましくは50以下、更に好ましくは40以下である、前記<29>~<31>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<33> POの平均付加モル数が、好ましくは1以上、より好ましくは3以上、更に好ましくは5以上であり、好ましくは50以下、より好ましくは40以下、更に好ましくは30以下、更に好ましくは25以下、更に好ましくは20以下、更に好ましくは15以下、更に好ましくは10以下である、前記<29>~<32>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<34> 微細セルロース繊維複合体におけるEO/PO共重合部の平均結合量は、好ましくは0.01mmol/g以上、より好ましくは0.05mmol/g以上、更に好ましくは0.1mmol/g以上、更に好ましくは0.3mmol/g以上、更に好ましくは0.5mmol/g以上であり、好ましくは3mmol/g以下、より好ましくは2.5mmol/g以下、更に好ましくは2mmol/g以下、更に好ましくは1.8mmol/g以下、更に好ましくは1.5mmol/g以下である、前記<29>~<33>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<35> 以下の工程を含む製造方法により得られる、前記<1>~<34>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
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、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る工程
工程(2A):工程(1)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維と、修飾基を有する化合物とを混合する工程
<36> 以下の工程を含む製造方法により得られる、前記<1>~<34>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
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、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る工程
工程(2B):工程(1)で得られたカルボキシ基含有セルロース繊維と、修飾基を有する化合物とをアミド化反応させる工程
<37> 工程(1)の後に微細化工程及び/又は低アスペクト比化処理工程を行い、カルボキシ基含有の低アスペクト比微細セルロース繊維とした後に工程(2A又は2B)を行う、前記<35>又は<36>記載の微細セルロース繊維複合体。
<38> 微細セルロース繊維複合体の平均繊維径は、好ましくは0.1nm以上、より好ましくは0.5nm以上、更に好ましくは1nm以上、更に好ましくは2nm以上、より更に好ましくは3nm以上であり、好ましくは100nm以下、より好ましくは50nm以下、更に好ましくは20nm以下、更に好ましくは10nm以下、更に好ましくは6nm以下、より更に好ましくは5nm以下である、前記<1>~<37>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<39> 微細セルロース繊維複合体の長さ(平均繊維長)としては、好ましくは150nm以上、より好ましくは200nm以上であり、好ましくは1000nm以下、より好ましくは750nm以下、更に好ましくは500nm以下、更に好ましくは400nm以下である、前記<1>~<38>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<40> 微細セルロース繊維複合体の平均アスペクト比(繊維長/繊維径)は、好ましくは10以上、より好ましくは20以上、更に好ましくは40以上、更に好ましくは50以上であり、好ましくは140以下、より好ましくは130以下、更に好ましくは100以下、更に好ましくは95以下、更に好ましくは90以下である、前記<1>~<39>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<42> 微細セルロース繊維複合体を分散液の状態、あるいは乾燥処理等により該分散液から溶媒を除去して、乾燥した粉末の状態として使用することができる、前記<1>~<41>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
<43> 前記<1>~<42>いずれか記載の微細セルロース繊維複合体と、樹脂を含有してなる、樹脂組成物。
<44> 樹脂が、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂、セルロース系樹脂、及びゴム系樹脂から選ばれる1種又は2種以上である、前記<43>記載の樹脂組成物。
<45> 熱可塑性樹脂としては、ポリ乳酸樹脂等の飽和ポリエステル樹脂;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のオレフィン樹脂;塩化ビニル樹脂、スチレン樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、ビニルエーテル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂から選ばれるものを単独で使用してもよく、2種以上の混合樹脂として用いても良い、前記<44>記載の樹脂組成物。
<46> 硬化性樹脂は、光硬化性樹脂及び/又は熱硬化性樹脂が好ましい、前記<44>記載の樹脂組成物。
<47> 熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂;フェノール樹脂;ユリア樹脂;メラミン樹脂;不飽和ポリエステル樹脂;ジアリルフタレート樹脂;ポリウレタン樹脂;ケイ素樹脂;ポリイミド樹脂から選ばれるものを1種単独で又は2種以上組み合わせて使用できる、前記<46>記載の樹脂組成物。
<48> セルロース系樹脂としては、酢酸セルロース(セルロースアセテート)、セルロースアセテートプロピオネート等のセルロース混合アシレートなどの有機酸エステル;硝酸セルロース、リン酸セルロース等の無機酸エステル;硝酸酢酸セルロース等の有機酸無機酸混酸エステル;アセチル化ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロースエーテルエステルから選ばれるものを1種単独で又は2種以上組み合わせて使用できる、前記<44>記載の樹脂組成物。
<49> ゴム系樹脂としては、ジエン系ゴム、非ジエン系ゴムを用いることができ、ジエン系ゴムとしては、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム、ブチルゴム、ブタジエン-アクリロニトリル共重合体ゴム、クロロプレンゴム及び変性天然ゴム等から選ばれる1種又は2種以上を、非ジエン系ゴムとしては、ブチルゴム、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、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、多硫化ゴム、エピクロルヒドリンゴムから選ばれる1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる、前記<44>記載の樹脂組成物。
<50> 樹脂組成物中の樹脂の含有量は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、更に好ましくは70質量%以上、更に好ましくは80質量%以上、更に好ましくは85質量%以上であり、好ましくは99質量%以下、より好ましくは98質量%以下、更に好ましくは95質量%以下、更に好ましくは90質量%以下である、前記<43>~<49>いずれか記載の樹脂組成物。
<51> 樹脂組成物中の微細セルロース繊維複合体の含有量は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは1質量%以上、更に好ましくは2質量%以上、更に好ましくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%以上であり、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下、更に好ましくは20質量%以下、更に好ましくは15質量%以下である、前記<43>~<50>いずれか記載の樹脂組成物。
<52> 樹脂組成物中の微細セルロース繊維複合体量は、樹脂100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは1質量部以上、更に好ましくは2質量部以上、更に好ましくは5質量部以上、更に好ましくは10質量部以上であり、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、更に好ましくは50質量部以下、更に好ましくは30質量部以下、更に好ましくは20質量部以下である、前記<43>~<51>いずれか記載の樹脂組成物。
<53> 樹脂組成物中の微細セルロース繊維量(換算量)は、樹脂100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは1質量部以上、更に好ましくは2質量部以上、更に好ましくは5質量部以上であり、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、更に好ましくは50質量部以下、更に好ましくは30質量部以下、更に好ましくは20質量部以下である、前記<43>~<52>いずれか記載の樹脂組成物。
<54> さらに、可塑剤、結晶核剤、充填剤(無機充填剤、有機充填剤)、加水分解抑制剤、難燃剤、酸化防止剤、炭化水素系ワックス類やアニオン型界面活性剤である滑剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、防曇剤、光安定剤、顔料、防カビ剤、抗菌剤、発泡剤、界面活性剤;でんぷん類、アルギン酸等の多糖類;ゼラチン、ニカワ、カゼイン等の天然たんぱく質;タンニン、ゼオライト、セラミックス、金属粉末等の無機化合物;香料;流動調整剤;レべリング剤;導電剤;紫外線分散剤;消臭剤等を含有することができる、前記<43>~<53>いずれか記載の樹脂組成物。
<55> 熱可塑性樹脂又は硬化性樹脂と微細セルロース繊維複合体、さらに必要により各種添加剤を含有する原料を溶融混練して得られる、前記<43>~<54>いずれか記載の樹脂組成物。
<56> 日用雑貨品、家電部品、自動車部品等各種用途に好適に用いることができ、日用品、化粧品、家電製品などの包装材として、電子部品などを構成する電子材料として、ブリスターパックやトレイ、お弁当の蓋等の食品容器として、工業部品の輸送や保護に用いる工業用トレイとして、ダッシュボード、インストルメントパネル、フロア等の自動車部品等に好適に用いることができる、前記<43>~<55>いずれか記載の樹脂組成物。
<57> 前記<43>~<56>いずれか記載の樹脂組成物を押出成形、射出成形、プレス成形、注型成型又は溶媒キャスト法を用いることによって得られる、樹脂成形体。
<58> 厚さが0.01mm以上が好ましく、0.03mm以上がより好ましく、0.05mm以上が更に好ましく、0.08mm以上が更に好ましく、0.1mm以上が更に好ましく、1.5mm以下が好ましく、1.0mm以下がより好ましく、0.5mm以下が更に好ましい、シート状の前記<57>記載の樹脂成形体。
微細セルロース繊維又は微細セルロース繊維複合体に水を加えて、その濃度が0.0001質量%の分散液を調製し、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、Nanoscope III Tapping mode AFM、Digital instrument社製、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又は微細セルロース繊維複合体の繊維高さを測定する。その際、該セルロース繊維又は該セルロース繊維複合体が確認できる顕微鏡画像において、微細セルロース繊維又は微細セルロース繊維複合体を100本以上抽出し、それらの繊維又は繊維複合体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。
乾燥質量0.5gの微細セルロース繊維又は微細セルロース繊維複合体を100mLビーカーにとり、イオン交換水もしくはメタノール/水=2/1の混合溶媒を加えて全体で55mLとし、そこに0.01M塩化ナトリウム水溶液5mLを加えて分散液を調製し、微細セルロース繊維又は微細セルロース繊維複合体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、商品名「AUT-710」)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の値を測定し、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、微細セルロース繊維又は微細セルロース繊維複合体のカルボキシ基含有量を算出する。
カルボキシ基含有量(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)/セルロース繊維の質量(0.5g)
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、乾燥させた微細セルロース繊維又は微細セルロース繊維複合体を赤外吸収分光装置(IR)Nicolet 6700(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用いATR法にて測定し、次式により、修飾基の平均結合量及び導入率を算出する。
修飾基の結合量(mmol/g)=[微細セルロース繊維のカルボキシ基含有量(mmol/g)]×[(微細セルロース繊維の1720cm-1のピーク強度 - 修飾基導入後
の微細セルロース繊維複合体の1720cm-1のピーク強度)÷微細セルロース繊維の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
修飾基の導入率(%)={修飾基の結合量(mmol/g)/導入前の微細セルロース繊維中のカルボキシ基含有量(mmol/g)}×100
(1)添加される修飾基を有する化合物が1種類の場合
微細セルロース繊維量(換算量)を下記式により算出する。
微細セルロース繊維量(g)=微細セルロース繊維複合体量(g)/〔1+修飾基を有する化合物の分子量(g/mol)×修飾基の結合量(mmol/g)×0.001〕
ここで、修飾基を有する化合物の分子量としては、修飾基を有する化合物が第1級アミン、第2級アミン又は第3級アミンの場合、「共重合部を含めた修飾基を有する化合物全体の分子量」であり、修飾基を有する化合物が第4級アンモニウム化合物又はホスホニウム化合物の場合、「共重合部を含めた修飾基を有する化合物全体の分子量-陰イオン成分の分子量」である。
修飾基を有する化合物のそれぞれの添加量のモル比率(即ち、添加される修飾基を有する化合物のそれぞれの合計のモル量を1とした時のモル比率)を考慮して、微細セルロース繊維量(換算量)を算出する。下記の式は、修飾基を有する化合物が2種類(即ち、第一の化合物及び第二の化合物)であり、第一の化合物と第二の化合物とのモル比率が第一の化合物:第二の化合物=0.8:0.2である場合の微細セルロース繊維量(換算量)を算出する式である。
微細セルロース繊維量(g)=微細セルロース繊維複合体量(g)/〔1+第一の化合物の分子量(g/mol)×0.8×修飾基の結合量(mmol/g)×0.001+第二の化合物の分子量(g/mol)×0.2×修飾基の結合量(mmol/g)×0.001〕
ここで、修飾基を有する化合物の分子量としては、修飾基を有する化合物が第1級アミン、第2級アミン又は第3級アミンの場合、「共重合部を含めた修飾基を有する化合物全体の分子量」であり、修飾基を有する化合物が第4級アンモニウム化合物又はホスホニウム化合物の場合、「共重合部を含めた修飾基を有する化合物全体の分子量-陰イオン成分の分子量」である。
修飾基の平均結合量を下記式により算出する。
修飾基の結合量(mmol/g)=修飾基導入前の微細セルロース繊維中のカルボキシ基含有量(mmol/g)-修飾基導入後の微細セルロース繊維複合体中のカルボキシ基含有量(mmol/g)
修飾基の導入率(%)={修飾基の結合量(mmol/g)/導入前の微細セルロース繊維中のカルボキシ基含有量(mmol/g)}×100
(1)添加される修飾基を有する化合物が1種類の場合
微細セルロース繊維量(換算量)を下記式により算出する。
微細セルロース繊維量(g)=微細セルロース繊維複合体量(g)/〔1+修飾基を有する化合物の分子量(g/mol)×修飾基の結合量(mmol/g)×0.001〕
ここで、修飾基を有する化合物の分子量としては、修飾基を有する化合物が第1級アミン又は第2級アミンの場合、「共重合部を含めた修飾基を有する化合物全体の分子量-18」である。
修飾基を有する化合物のそれぞれの添加量のモル比率(即ち、添加される修飾基を有する化合物のそれぞれの合計のモル量を1とした時のモル比率)を考慮して、微細セルロース繊維量(換算量)を算出する。下記の式は、修飾基を有する化合物が2種類(即ち、第一の化合物及び第二の化合物)であり、第一の化合物と第二の化合物とのモル比率が第一の化合物:第二の化合物=0.8:0.2である場合の微細セルロース繊維量(換算量)を算出する式である。
微細セルロース繊維量(g)=微細セルロース繊維複合体量(g)/〔1+第一の化合物の分子量(g/mol)×0.8×修飾基の結合量(mmol/g)×0.001+第二の化合物の分子量(g/mol)×0.2×修飾基の結合量(mmol/g)×0.001〕
ここで、修飾基を有する化合物の分子量としては、修飾基を有する化合物が第1級アミン又は第2級アミンの場合、「共重合部を含めた修飾基を有する化合物全体の分子量-18」である。
針葉樹の漂白クラフトパルプ(フレッチャー チャレンジ カナダ社製、商品名「Machenzie」、CSF650ml)を天然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としては、市販品(和光純薬工業社製)を用いた。臭化ナトリウムとしては、市販品(和光純薬工業社製)を用いた。
ユーカリ由来の広葉樹漂白クラフトパルプ(CENIBRA社製)に変更したこと以外は調製例1と同様の方法で酸化パルプを製造した。得られた酸化パルプに調製例1と同様の微細化処理を行って、カルボキシ基含有微細セルロース繊維分散液(固形分濃度1.0質量%)を得た。この微細セルロース繊維の平均繊維径は3.5nm、平均繊維長は674nm、平均アスペクト比は193、カルボキシ基含有量は1.0mmol/gであった。
調製例1で得られた脱水処理後の酸化パルプ92.54gを、1000gのイオン交換水で希釈し、濃塩酸を346g(セルロース系原料の絶乾質量100質量部に対して389質量部)加えて、酸化パルプ固形分濃度2.34wt%、塩酸濃度2.5Mの分散液(pH1以下)に調製し、10分間、105℃で還流させて酸加水分解処理を行なった。得られた酸化パルプを十分に洗浄し、固形分41%の酸加水分解TEMPO酸化パルプを得た。その後、酸化パルプ0.88gとイオン交換水35.12gを高圧ホモジナイザーを用いて150MPaで微細化処理を10回行い、カルボキシ基含有の低アスペクト比を有する微細セルロース繊維分散液(固形分濃度1.0質量%)を得た。この微細セルロース繊維の平均繊維径は4.6nm、平均繊維長は331nm、平均アスペクト比は72、カルボキシ基含有量は1.1mmol/gであった。
還流時間を60分に変更したこと以外は調製例3と同様の方法でカルボキシ基含有の低アスペクト比を有する微細セルロース繊維を製造した。この微細セルロース繊維の平均繊維径は6.1nm、平均繊維長は284nm、平均アスペクト比は47、カルボキシ基含有量は1.1mmol/gであった。
還流時間を120分に変更したこと以外は調製例3と同様の方法でカルボキシ基含有の低アスペクト比を有する微細セルロース繊維を製造した。この微細セルロース繊維の平均繊維径は7.5nm、平均繊維長は237nm、平均アスペクト比は32、カルボキシ基含有量は1.1mmol/gであった。
調製例2で得られた酸化パルプを用いた以外は調製例3と同様の方法でカルボキシ基含有の低アスペクト比を有する微細セルロース繊維を製造した。この微細セルロース繊維の平均繊維径は8.2nm、平均繊維長は213nm、平均アスペクト比は26、カルボキシ基含有量は1.0mmol/gであった。
調製例1で得られた脱水処理後の酸化パルプ14.5g(固形分5g)と脱イオン水33.3gを金属製圧力機器(耐圧硝子工業社製、商品名:「ポータブルリアクターTVSN2型」)へ入れ、0.4MPa[gage]の窒素ガスで金属製圧力機器内部を加圧した後、大気圧(101kPa[abs])に戻した(以下、この操作を窒素置換という)。
さらに4回窒素置換を行った後密閉した。その後無攪拌状態で180℃に加熱したオイルバスで槽内温度が150℃となるまで加熱し、その後槽内温度が150℃を維持するようにオイルバス温度を調整して1時間反応した。冷却後、内容物を取り出したのち、イオン交換水を120g加えて攪拌した後、PTFEメンブレンフィルターを用いて濾過分離を行い含浸した微細セルロース繊維を21.2g得た。この微細セルロース繊維の平均繊維径は6.3nm、平均繊維長は250nm、平均アスペクト比は40、カルボキシ基含有量は1.1mmol/gであった。
還流時間を5分に変更したこと以外は調製例3と同様の方法でカルボキシ基含有の低アスペクト比を有する微細セルロース繊維を製造した。この微細セルロース繊維の平均繊維径は3.5nm、平均繊維長は458nm、平均アスペクト比は131、カルボキシ基含有量は1.1mmol/gであった。
調製例1で得られた脱水処理後の酸化パルプ14.5g(固形分5g)を乾燥質量として5g計り取り、遊星ボールミル(ドイツ・フリッチュ社製「P-6」:ジルコニア製ポッドおよびφ10mmのジルコニア製ボール300gを使用)に投入し、400rpmで5分間粉砕処理することで機械処理を行った。得られた酸化パルプを十分に洗浄し、固形分41%の酸化パルプを得た。得られた酸化パルプ0.88gとイオン交換水35.12gを高圧ホモジナイザーを用いて150MPaで微細化処理を10回行い、カルボキシ基含有の低アスペクト比を有する微細セルロース繊維分散液(固形分濃度1.0質量%)を得た。この微細セルロース繊維の平均繊維径は3.9nm、平均繊維長は336nm、平均アスペクト比は86、カルボキシ基含有量は1.1mmol/gであった。
調製例1で得られた脱水処理後の酸化パルプ14.5g(固形分5g)を乾燥質量として5g計り取り、バッチ式振動ミル(中央化工機社製「MB-1」:容器全容積3.5L、ロッドとして、φ30mm、長さ218mm、断面形状が円形のSUS304製ロッドを13本使用、ロッド充填率57%)に投入し、10分間粉砕処理することで機械処理を行った。得られた酸化パルプを十分に洗浄し、固形分41%の酸化パルプを得た。得られた酸化パルプ0.88gとイオン交換水35.12gを高圧ホモジナイザーを用いて150MPaで微細化処理を10回行い、カルボキシ基含有の低アスペクト比を有する微細セルロース繊維分散液(固形分濃度1.0質量%)を得た。この微細セルロース繊維の平均繊維径は4.2nm、平均繊維長は325nm、平均アスペクト比は77、カルボキシ基含有量は1.1mmol/gであった。
調製例1で得られた脱水処理後の酸化パルプ0.145g(固形分0.05g)、調製例5で得られた洗浄後の酸化パルプ1.0g(固形分0.41g)とイオン交換水42.1gを混合し高圧ホモジナイザーを用いて150MPaで微細化処理を10回行い、カルボキシ基含有の低アスペクト比を有する微細セルロース繊維分散液(固形分濃度1.0質量%)を得た。この微細セルロース繊維の平均繊維径は7.0nm、平均繊維長は270nm、平均アスペクト比は38、カルボキシ基含有量は1.1mmol/gであった。
マグネティックスターラー、攪拌子を備えたビーカーに、表1、2及び4に示す調製例で得られた微細セルロース繊維の分散液35g(固形分濃度5質量%)を仕込んだ。続いて、表1、2及び4に示す種類の修飾基を有する化合物を、いずれも、微細セルロース繊維のカルボキシ基1molに対してアミン基1molに相当する量を仕込み、DMF300gで溶解させた。反応液を室温(25℃)で1時間反応させた。反応終了後ろ過し、DMFで洗浄することで、微細セルロース繊維にアミン基が結合した微細セルロース繊維複合体を得た。
マグネティックスターラー、攪拌子を備えたビーカーに、微細セルロース繊維の調製例1又は3で得られたカルボキシ基含有微細セルロース繊維分散液40g(固形分濃度5.0質量%)を仕込んだ。続いて、表3に示す種類のアミン(いずれも市販品)を、いずれも、微細セルロース繊維のカルボキシ基1molに対してアミン基1.2molに相当する量、4-メチルモルホリン0.34g、縮合剤であるDMT-MMを1.98g仕込み、DMF 300g中に溶解させた。反応液を室温(25℃)で14時間反応させた。反応終了後ろ過し、エタノールにて洗浄、DMT-MM塩を除去し、DMFで洗浄及び溶媒置換することで、微細セルロース繊維に、脂肪族炭化水素基、EOPO共重合体、芳香族炭化水素基、がアミド結合を介して連結した微細セルロース繊維複合体を得た。
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3で得られた微細セルロース繊維分散液35g(固形分濃度5質量%)を仕込んだ。続いて、表5~6に示す種類の修飾基を有する化合物を、いずれも、微細セルロース繊維のカルボキシ基1molに対して第一アミン基が0.8mol(表5~6中の化合物(1))、第二アミン基が0.2molに(表5~6中の化合物(2))相当する量を仕込み、DMF300gで溶解させた。反応液を室温(25℃)で1時間反応させた。反応終了後ろ過し、DMFで洗浄することで、微細セルロース繊維にアミン基が2種結合した微細セルロース繊維複合体を得た。
TBAH:テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(和光純薬工業社製)
プロピルアミン:和光純薬工業社製
ドデシルアミン:和光純薬工業社製
オクタデシルアミン:和光純薬工業社製
ジヘキシルアミン:和光純薬工業社製
トリオクチルアミン:和光純薬工業社製
ジメチルベヘニルアミン:花王株式会社製、ファーミンDM2285
アニリン:和光純薬工業社製
EOPOアミン:下記に示す製造例4により得られたアミン
プロピレングリコール第三級ブチルエーテル132g(1モル)を1Lのオートクレーブに仕込み、75℃に加熱し、フレーク状の水酸化カリウム1.2gを加え、溶解するまで攪拌した。次いで、エチレンオキシド(EO)1541gとプロピレンオキシド(PO)35gを110℃で0.34MPaにて反応させた後、Magnesol 30/40(ケイ酸マグネシウム、ダラスグループ社製)7.14gを投入して95℃で中和し、得られた生成物をジ第三級ブチル-p-クレゾール 0.16gを添加、混合した後、濾過して、EO/PO共重合体であるポリエーテルを得た。
を四捨五入して2000と算出した。
微細セルロース繊維複合体の製造例1~3で得られた微細セルロース繊維複合体の所定量(即ち、微細セルロース繊維換算で1.12g)と、エポキシ樹脂であるjER828(三菱化学社製)を8.0g、DMFと混合し、高圧ホモジナイザーを用いて、100MPaで1パス、150MPaで2パス微細処理させた。得られた溶液に対して、硬化剤として2-エチル-4-メチルイミダゾール(和光純薬工業社製)0.4gを加え、自転公転式攪拌機 あわとり練太郎(シンキー社製)を用いて7分間攪拌した。得られたワニスをバーコーターを用いて塗布厚0.4mmで塗工した。80℃で1時間乾燥し、溶媒を除去した後、150℃1時間で熱硬化させて、厚さ約0.1mmのシート状の成形体を製造した。
微細セルロース繊維複合体を添加せず、溶液の塗布厚を0.1mmに変更したこと以外は実施例1と同様の方法で成形体を製造した。
動的粘弾性装置(SII社製、商品名「DMS6100」)を用いて、幅5mm、長さ20mmの短冊型サンプルを、窒素雰囲気下、周波数1Hzで、30℃から300℃まで、1分間に10℃の割合で温度を上昇させて、引張モードで計測した。貯蔵弾性率数は30℃、200℃の値を用いた。30℃の貯蔵弾性率が高い方が機械的強度に優れ、200℃の貯蔵弾性率が高い方が耐熱性に優れていることを示す。
熱応力歪測定装置(日立ハイテクサイエンス社製、商品名「EXSTAR TMA/SS6100」)を用いて、幅5mm、長さ20mmの短冊型サンプルを、窒素雰囲気下、1分間に5℃の割合で温度を上昇させて引張モードで荷重を30mNで計測した。線熱膨張係数は室温(30℃)から100℃までの温度範囲での平均線熱膨張係数を算出して得た。線熱膨張係数が低い方が寸法安定性に優れていることを示す。
熱分析装置(日立ハイテクサイエンス社製、商品名「STA7200」)を用いて、およそ1mgのサンプルをアルミパンに乗せ、窒素雰囲気下、30℃から200℃まで、1分間に40℃の割合で温度を上昇させた後、200℃で60分保持した後の重量減少を計測した。重量減少については、差が見えにくい場合もあるが、重量減少が少ないほど耐熱性に優れていることを示す。
Claims (10)
- カルボキシ基含有量が0.1mmol/g以上であり、セルロース構成単位のC6位がカルボキシ基である微細セルロース繊維のカルボキシ基に修飾基が結合されてなる、平均アスペクト比が50超100未満であり、平均繊維径が20nm以下である微細セルロース繊維複合体であって、
前記カルボキシ基に、修飾基を有する化合物がイオン結合を介して結合されてなり、
前記修飾基を有する化合物が、炭素数が1以上30以下の鎖式飽和炭化水素基を有する第1級アミン、第2級アミン、第3級アミン及び第4級アンモニウム化合物、アニリン、並びに式(i)で表される化合物からなる群より選択される1種以上である、
微細セルロース繊維複合体。
〔式中、R 1 は水素原子、炭素数1~6の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基、-CH 2 CH(CH 3 )NH 2 基、又は下記式(ii)で表される基を示し、エチレンオキサイド(EO)及びプロピレンオキサイド(PO)はランダム又はブロック状に存在し、aはEOの平均付加モル数を示す正の数、bはPOの平均付加モル数を示す正の数である〕
〔式中、nは0又は1であり、R 2 はフェニル基、水素原子、又は炭素数1~3の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基を示し、EO及びPOはランダム又はブロック状に存在し、c及びeは、EOの平均付加モル数を示し、独立して0~50の数であり、d及びfはPOの平均付加モル数を示し、独立して1~50の数である〕 - 平均アスペクト比の標準偏差が4以上60以下である、請求項1記載の微細セルロース繊維複合体。
- 微細セルロース繊維複合体の長さが500nm以下である、請求項1記載の微細セルロース繊維複合体。
- 微細セルロース繊維のカルボキシ基に結合する修飾基が2種以上である、請求項1~3いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
- 微細セルロース繊維のカルボキシ基含有量が3mmol/g以下である、請求項1~3いずれか記載の微細セルロース繊維複合体。
- 樹脂と請求項1~3いずれか記載の微細セルロース繊維複合体とを含有する、樹脂組成物。
- 樹脂組成物中の樹脂の含有量が50質量%以上99質量%以下である、請求項6記載の樹脂組成物。
- 樹脂組成物中の微細セルロース繊維複合体の含有量が0.1質量%以上50質量%以下である、請求項6記載の樹脂組成物。
- 請求項6記載の樹脂組成物を押出成形、射出成形、プレス成形、注型成型又は溶媒キャスト法を用いることによって得られる、樹脂成形体。
- 厚さが0.01mm以上1.5mm以下のシート状である、請求項9記載の樹脂成形体。
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