JP2013014741A - Additive for modifying resin and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂改質用添加剤に関する。この樹脂改質用添加剤は、セルロースナノファイバー複合成形体の製造に好適に用いられる。 The present invention relates to an additive for resin modification. This additive for resin modification is suitably used for producing a cellulose nanofiber composite molded body.
微細なセルロール繊維を樹脂と複合化させて、該樹脂を強化させる技術が知られている。例えば特許文献1においては、樹脂とミクロフィブリル化セルロース(以下「MFC」とも言う。)とから構成されるMFC/樹脂複合材が提案されている。この複合材においては、凝集せずに解繊されたMFCが空隙を有するように均一に分散しており、空隙内に樹脂粒子を含有している。 A technique is known in which fine cellulose fibers are combined with a resin to reinforce the resin. For example, Patent Document 1 proposes an MFC / resin composite material composed of a resin and microfibrillated cellulose (hereinafter also referred to as “MFC”). In this composite material, MFC that has been defibrated without agglomeration is uniformly dispersed so as to have voids, and resin particles are contained in the voids.
特許文献2には、天然セルロースに、N−オキシル化合物及び共酸化剤を作用させることにより得られる反応物繊維を、有機オニウム化合物で処理して微細修飾セルロース繊維を製造し、この微細修飾セルロース繊維をエポキシ樹脂に加えて硬化処理してエポキシ樹脂コンポジットを得ることが提案されている。 In Patent Document 2, a reactant fiber obtained by allowing an N-oxyl compound and a cooxidant to act on natural cellulose is treated with an organic onium compound to produce a finely modified cellulose fiber. It has been proposed that an epoxy resin composite is obtained by adding to the epoxy resin and curing.
また特許文献3には、カルボキシル基含有量が0.1〜2mmol/gであるセルロースから構成されるセルロース繊維と樹脂エマルションを含む皮膜形成剤が提案されている。 Patent Document 3 proposes a film-forming agent comprising cellulose fibers composed of cellulose having a carboxyl group content of 0.1 to 2 mmol / g and a resin emulsion.
特許文献1に記載のMFC/樹脂複合材においては、MFCがカルボキシル基のような静電反発力を有さないことに起因して、その製造時に水を除去するときに通常の乾燥を行うことができない。通常の乾燥を行うと、MFCどうしの凝集が起こってしまうからである。したがって樹脂中でMFCが均一に分散しづらい。その結果、MFCによる樹脂の強化を行うためには、MFCを多量に含有させる必要がある。 In the MFC / resin composite material described in Patent Document 1, the MFC does not have an electrostatic repulsive force such as a carboxyl group, and therefore normal drying is performed when water is removed during the production. I can't. This is because, when normal drying is performed, aggregation of MFCs occurs. Therefore, it is difficult to uniformly disperse MFC in the resin. As a result, in order to strengthen the resin by MFC, it is necessary to contain a large amount of MFC.
特許文献2に記載のエポキシ樹脂コンポジットにおいては、エポキシ樹脂と微細セルロース繊維との相溶性が低いことに起因して、複合化に際しては有機オニウム化合物を用いて該セルロース繊維を親油化する必要がある。親油化が十分でない場合には、エポキシ樹脂中における該セルロース繊維の分散が均一とならず、エポキシ樹脂の強化を十分に行うことができない。 In the epoxy resin composite described in Patent Document 2, due to the low compatibility between the epoxy resin and the fine cellulose fiber, it is necessary to make the cellulose fiber oleophilic using an organic onium compound at the time of compounding. is there. When the oleophilicity is not sufficient, the dispersion of the cellulose fibers in the epoxy resin is not uniform, and the epoxy resin cannot be sufficiently reinforced.
特許文献3に記載の皮膜形成剤によれば高強度の皮膜を形成することができるが、同文献においては樹脂改質用添加剤及び複合成形体としての効果は言及されていない。 According to the film forming agent described in Patent Document 3, a high-strength film can be formed. However, in the same document, the effects as a resin-modifying additive and a composite molded article are not mentioned.
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る樹脂改質用添加剤を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an additive for resin modification that can eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art.
本発明は、天然セルロース繊維にN−オキシル化合物を作用させることで得られるセルロースナノファイバー及び/又は該セルロースナノファイバーの誘導体と、樹脂粒子とを含む樹脂改質用添加剤を提供するものである。 The present invention provides a resin-modifying additive comprising cellulose nanofibers obtained by allowing an N-oxyl compound to act on natural cellulose fibers and / or derivatives of the cellulose nanofibers and resin particles. .
また本発明は、前記の樹脂改質用添加剤の好適な製造方法として、天然セルロース繊維にN−オキシル化合物を作用させることで得られるセルロースナノファイバー及び/又は該セルロースナノファイバーの誘導体と樹脂粒子と液媒体とを含むエマルションを調製し、次いで該エマルションから乾燥によって該液媒体を除去する工程を有する樹脂改質用添加剤の製造方法を提供するものである。 Further, the present invention provides a cellulose nanofiber obtained by allowing an N-oxyl compound to act on natural cellulose fiber and / or a derivative of the cellulose nanofiber and a resin particle as a preferred method for producing the additive for resin modification. The present invention provides a method for producing an additive for resin modification, which comprises a step of preparing an emulsion containing an aqueous solution and a liquid medium, and then removing the liquid medium from the emulsion by drying.
更に本発明は、前記の樹脂改質用添加剤と、熱可塑性樹脂とを溶融混練し、溶融成形する工程を有するセルロースナノファイバー複合成形体の製造方法を提供するものである。 Furthermore, the present invention provides a method for producing a cellulose nanofiber composite molded body having a step of melt-kneading the above-mentioned resin-modifying additive and a thermoplastic resin and melt-molding the mixture.
本発明によれば、セルロースナノファイバーが樹脂中に高度に分散したセルロースナノファイバー複合成形体の製造に好適に用いられる樹脂改質用添加剤が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the additive for resin modification used suitably for manufacture of the cellulose nanofiber composite molded object which the cellulose nanofiber disperse | distributed highly in resin is provided.
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明の樹脂改質用添加剤は、天然セルロース繊維にN−オキシル化合物を作用させることで得られるセルロースナノファイバー及び/又は該セルロースナノファイバーの誘導体(以下、これらを総称して単に「セルロースナノファイバー」とも言う。)と、樹脂粒子を含んでいる。本発明の樹脂改質用添加剤は、典型的には樹脂粒子の表面にセルロースナノファイバーが存在した状態になっている。この状態は、本発明における複合化の一態様である。本発明の樹脂改質用添加剤は、外観上は粒子の形態をとる。場合によっては、セルロースナノファイバーと樹脂粒子が複合化されたペレットのような塊状又は板状の形態でも構わない。樹脂粒子の表面におけるセルロースナノファイバーの状態を直接観察することは困難であるが、本発明者らは、セルロースナノファイバーは、樹脂粒子の表面において均一分散していると考えている。このような複合化の状態となっている樹脂改質用添加剤をマスターバッチとして製造し、該マスターバッチを他の成形用樹脂とともに溶融混練し、溶融成形を行い、樹脂成形体を製造する。得られた樹脂成形体は、セルロースナノファイバーと樹脂との複合成形体(以下「セルロースナノファイバー複合成形体」又は単に「複合成形体」と言う。)となっている。該複合成形体においては、セルロースナノファイバーが該複合成形体中に均一分散している。その結果、該複合成形体は、セルロースナノファイバーによって強化されて、強度が向上している。セルロースナノファイバーによる強化は、セルロースナノファイバーが該複合成形体中に均一分散していることに起因して、少量のセルロースナノファイバーの使用で達成される。 Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments thereof. The additive for resin modification of the present invention is a cellulose nanofiber obtained by allowing an N-oxyl compound to act on a natural cellulose fiber and / or a derivative of the cellulose nanofiber (hereinafter these are simply referred to as “cellulose nanofiber”). It is also called “fiber”.) And resin particles. The resin-modifying additive of the present invention is typically in a state where cellulose nanofibers are present on the surface of the resin particles. This state is one aspect of the composite in the present invention. The resin-modifying additive of the present invention takes the form of particles in appearance. In some cases, it may be in the form of a lump or plate like a pellet in which cellulose nanofibers and resin particles are combined. Although it is difficult to directly observe the state of the cellulose nanofibers on the surface of the resin particles, the present inventors consider that the cellulose nanofibers are uniformly dispersed on the surface of the resin particles. The resin-modifying additive in such a composite state is manufactured as a master batch, the master batch is melt-kneaded with other molding resins, melt-molded, and a resin molded body is manufactured. The obtained resin molded body is a composite molded body of cellulose nanofiber and resin (hereinafter referred to as “cellulose nanofiber composite molded body” or simply “composite molded body”). In the composite molded body, cellulose nanofibers are uniformly dispersed in the composite molded body. As a result, the composite molded body is reinforced by cellulose nanofibers and has improved strength. Reinforcement with cellulose nanofibers is achieved by the use of a small amount of cellulose nanofibers due to the uniform dispersion of cellulose nanofibers in the composite molded body.
樹脂改質用添加剤におけるセルロースナノファイバーと樹脂粒子との割合は、樹脂粒子の表面にセルロースナノファイバーが均一に分散できる限り特に制限はない。本発明者らの検討の結果、セルロースナノファイバーと樹脂粒子との割合は広い範囲から選択可能であることが判明した。具体的には樹脂改質用添加剤におけるセルロースナノファイバーの割合は、好ましくは0.1〜99質量%、更に好ましくは1〜50質量%、一層好ましくは2〜10質量%である。一方、樹脂改質用添加剤における樹脂の割合は、好ましくは1〜99.9質量%、更に好ましくは50〜99質量%、一層好ましくは90〜98質量%である。樹脂改質用添加剤におけるセルロースナノファイバーの割合及び樹脂粒子の割合は、例えば熱重量分析やX線回折分析などで測定できる。具体的には、樹脂粒子がポリエチレンである場合、ポリエチレンの窒素雰囲気中での熱分解温度約400℃に対し、セルロースナノファイバーの熱分解温度は約200〜300℃であるため、熱重量分析を用いてセルロースナノファイバーの分解重量を測定することによって前記の割合を算出できる。 The ratio between the cellulose nanofibers and the resin particles in the resin modifying additive is not particularly limited as long as the cellulose nanofibers can be uniformly dispersed on the surface of the resin particles. As a result of the study by the present inventors, it has been found that the ratio between cellulose nanofibers and resin particles can be selected from a wide range. Specifically, the ratio of cellulose nanofibers in the resin modifying additive is preferably 0.1 to 99% by mass, more preferably 1 to 50% by mass, and still more preferably 2 to 10% by mass. On the other hand, the ratio of the resin in the resin modifying additive is preferably 1 to 99.9% by mass, more preferably 50 to 99% by mass, and still more preferably 90 to 98% by mass. The ratio of cellulose nanofibers and the ratio of resin particles in the resin-modifying additive can be measured by, for example, thermogravimetric analysis or X-ray diffraction analysis. Specifically, when the resin particles are polyethylene, the thermal decomposition temperature of cellulose nanofibers is about 200 to 300 ° C., whereas the thermal decomposition temperature of polyethylene in a nitrogen atmosphere is about 200 to 300 ° C. The ratio can be calculated by measuring the decomposition weight of cellulose nanofibers.
樹脂改質用添加剤に用いられる樹脂としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のどちらを用いてもよい。成形の自由度が高い点からは、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、これまでに知られている溶融成形可能な熱可塑性樹脂を特に制限なく用いることができる。例えばポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ乳酸、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスチレン、天然ゴム、合成ゴムなどを用いることができる。これらの樹脂は単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。2種以上の樹脂を組み合わせて用いる場合には、それらの異なる樹脂の樹脂粒子の混合物又は異なる樹脂が溶融ブレンド物又は共重合物の樹脂粒子として用いることができる。特に後述する方法でセルロースナノファイバー複合成形体とした時の、セルロースナノファイバーの分散性や、複合成型体の強度向上の点から、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリアクリル酸及びポリウレタンを用いることが好ましい。 As the resin used for the resin modifying additive, either a thermoplastic resin or a thermosetting resin may be used. From the viewpoint of a high degree of freedom in molding, it is preferable to use a thermoplastic resin. As the thermoplastic resin, conventionally known melt-moldable thermoplastic resins can be used without any particular limitation. For example, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyester such as polyethylene terephthalate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polylactic acid, polyvinyl acetate, polyurethane, polystyrene, natural rubber, synthetic rubber, etc. Can do. These resins can be used alone or in combination of two or more. When two or more kinds of resins are used in combination, a mixture of resin particles of different resins or different resins can be used as the resin particles of the melt blend or copolymer. In particular, polyethylene, polypropylene, polylactic acid, polyvinyl acetate, and ethylene vinyl acetate co-polymerized from the viewpoint of dispersibility of cellulose nanofibers and improvement in strength of composite molded products when cellulose nanofiber composite molded products are formed by the method described later. It is preferable to use coalescence, polyacrylic acid and polyurethane.
上述した樹脂は粒子の形態で用いられる。この粒子の平均粒径は、0.01〜500μm、特に0.1〜10μmであることが好ましい。この範囲の平均粒径を採用することで、後述する樹脂改質用添加剤の製造方法において樹脂粒子を首尾良くエマルションにすることができるからである。樹脂粒子の平均粒径は、次の方法で測定される。レーザー回折式粒度分布計(SALD−300V、解析ソフトWingSALD−300V、島津製作所製)を用いて粒度分布を測定する。あらかじめエマルション化した樹脂はイオン交換水で適当な濃度に調整した後、粒度分布からメディアン径を測定して、これを平均粒径とする。また水に分散していない樹脂粒子は、セルロースナノファイバー水分散液と混合してエマルション化した後に、同様にメディアン径を測定して、これを平均粒径とする。屈折率はすべて1.5とする。なお、本発明の樹脂改質用添加剤において、樹脂粒子の表面に存在するセルロースナノファイバーは、該樹脂粒子を薄く被覆するものであるから、樹脂改質用添加剤の粒径は、その原料である樹脂粒子の粒径と実質的に同じである。 The resin described above is used in the form of particles. The average particle diameter of these particles is preferably 0.01 to 500 μm, particularly preferably 0.1 to 10 μm. This is because by adopting an average particle diameter in this range, the resin particles can be successfully made into an emulsion in the method for producing an additive for resin modification described later. The average particle diameter of the resin particles is measured by the following method. The particle size distribution is measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-300V, analysis software WingSALD-300V, manufactured by Shimadzu Corporation). The resin emulsified in advance is adjusted to an appropriate concentration with ion-exchanged water, and then the median diameter is measured from the particle size distribution to obtain the average particle diameter. The resin particles not dispersed in water are mixed with the cellulose nanofiber aqueous dispersion to be emulsified, and then the median diameter is measured in the same manner as the average particle diameter. The refractive indexes are all 1.5. In the resin modifying additive of the present invention, since the cellulose nanofibers present on the surface of the resin particles are thinly coated with the resin particles, the particle size of the resin modifying additive is determined from the raw material. Is substantially the same as the particle size of the resin particles.
樹脂改質用添加剤及びその原料となる樹脂粒子の形状に特に制限はなく、各種の形状のものを用いることができる。後述する樹脂改質用添加剤の製造方法において樹脂粒子を首尾良くエマルションにすることができる観点からは、略球形の粒子を用いることが好ましい。 There are no particular limitations on the shape of the resin modifying additive and the resin particles used as the raw material, and various shapes can be used. From the viewpoint of successfully making the resin particles into an emulsion in the method for producing an additive for resin modification described below, it is preferable to use substantially spherical particles.
原料となる樹脂粒子はあらかじめ分散媒に分散されてエマルション化されたものでもよいし、粉末状でも構わない。粉末状の樹脂粒子を用いる場合、後述する樹脂改質用添加剤の製造方法において、樹脂粒子を首尾良くエマルションにするために、界面活性剤や分散剤等を用いても構わない。 The resin particles used as a raw material may be previously dispersed in a dispersion medium and emulsified, or may be in a powder form. In the case of using powdery resin particles, a surfactant, a dispersant, or the like may be used in order to successfully make the resin particles into an emulsion in the method for producing an additive for resin modification described later.
樹脂粒子の表面に存在するセルロースナノファイバーは、平均繊維径が好ましくは200nm以下という微細なものであり、更に好ましくは1〜200nm、一層好ましくは1〜100nm、更に一層好ましくは1〜50nmのものである。平均繊維径が200nm以下のセルロースナノファイバーを用いることで、樹脂の強化を効果的に行うことができる。平均繊維径は以下の方法によって測定される。 The cellulose nanofibers present on the surface of the resin particles are fine ones having an average fiber diameter of preferably 200 nm or less, more preferably 1 to 200 nm, more preferably 1 to 100 nm, and still more preferably 1 to 50 nm. It is. By using cellulose nanofibers having an average fiber diameter of 200 nm or less, the resin can be effectively reinforced. The average fiber diameter is measured by the following method.
<平均繊維径の測定方法>
固形分濃度で0.001質量%のセルロースナノファイバーの水分散液を調製する。この分散液を、マイカ(雲母)上に滴下して乾燥したものを観察試料とする。原子間力顕微鏡(NanoNaVi IIe, SPA400,エスアイアイナノテクノロジー(株)製、プローブは同社製のSI−DF40Alを使用。)を用いて、観察試料中のセルロースナノファイバーの繊維高さを測定する。セルロースナノファイバーが確認できる顕微鏡画像において、セルロースナノファイバーを5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。
<Measurement method of average fiber diameter>
An aqueous dispersion of cellulose nanofibers having a solid content concentration of 0.001% by mass is prepared. An observation sample is obtained by dripping this dispersion liquid onto mica (mica) and drying it. The fiber height of the cellulose nanofiber in the observation sample is measured using an atomic force microscope (NanoNaVi IIe, SPA400, manufactured by SII Nano Technology Co., Ltd., and the probe uses SI-DF40Al manufactured by the same company). In a microscopic image in which cellulose nanofibers can be confirmed, five or more cellulose nanofibers are extracted, and the average fiber diameter is calculated from the fiber heights.
本発明で用いるセルロースナノファイバーは、後述する天然セルロース繊維をミクロフィブリルと呼ばれる構造単位まで微細化したものである。ミクロフィブリルの形状は原料によって様々であるが、多くの天然セルロース繊維においては、セルロース分子鎖が数十本集まって結晶化した矩形の断面構造を有する。例えば高等植物の細胞壁中のミクロフィブリルは、セルロース分子鎖が6本×6本集まった正方形の断面構造である。したがって、原子間力顕微鏡像で得られるセルロースナノファイバーの高さを便宜的に繊維径として用いた。 The cellulose nanofiber used in the present invention is obtained by refining a natural cellulose fiber described later to a structural unit called microfibril. The shape of the microfibril varies depending on the raw material, but many natural cellulose fibers have a rectangular cross-sectional structure in which dozens of cellulose molecular chains are collected and crystallized. For example, microfibrils in the cell walls of higher plants have a square cross-sectional structure in which 6 × 6 cellulose molecular chains are gathered. Therefore, the height of the cellulose nanofiber obtained by an atomic force microscope image was used as the fiber diameter for convenience.
セルロースナノファイバーは、微細であることに加え、天然セルロース繊維にN−オキシル化合物を作用させることで得られるものであることによっても特徴付けられる。このような方法によって得られたセルロースナノファイバーを用いることで、上述の微細な繊維径を容易に達成することができる。特に、セルロースナノファイバーを構成するセルロースのカルボキシル基含有量が好ましくは0.1〜3mmol/gであり、更に好ましくは0.4〜2mmol/gであり、一層好ましくは0.6〜1.8mmol/gであり、更に一層好ましくは0.6〜1.6mmol/gであると、上述の微細な繊維径を一層容易に達成することができる。 In addition to being fine, cellulose nanofibers are also characterized by being obtained by allowing an N-oxyl compound to act on natural cellulose fibers. By using the cellulose nanofiber obtained by such a method, the above-mentioned fine fiber diameter can be easily achieved. In particular, the carboxyl group content of cellulose constituting the cellulose nanofiber is preferably 0.1 to 3 mmol / g, more preferably 0.4 to 2 mmol / g, and still more preferably 0.6 to 1.8 mmol. / G, and even more preferably 0.6 to 1.6 mmol / g, the above-mentioned fine fiber diameter can be more easily achieved.
天然セルロース繊維の生合成の過程においては、通常、ミクロフィブリルと呼ばれるナノファイバーがまず形成され、これらが多束化して高次な固体構造を構築しているところ、本発明で用いるセルロースナノファイバーは、これを原理的に利用して得られるものであり、天然由来のセルロース固体原料においてミクロフィブリル間の強い凝集力の原動となっている表面間の水素結合を弱めるために、N−オキシル化合物を作用させることでミクロフィブリル表面の水酸基の一部を酸化し、カルボキシル基に変換することによって得られる。したがって、セルロースに存在するカルボキシル基の量の総和(カルボキシル基含有量)が多い方が、より微小な繊維径として安定に存在することができる。また水中においては、電気的な反発力が生じることにより、ミクロフィブリルが凝集を維持せずにばらばらになろうとする傾向が高まり、ナノファイバーの分散安定性がより増大する。カルボキシル基含有量は、以下の方法によって測定される。 In the process of biosynthesis of natural cellulose fibers, normally, nanofibers called microfibrils are first formed, and these are multi-bundled to build a higher-order solid structure. Cellulose nanofibers used in the present invention are In order to weaken the hydrogen bond between the surfaces, which is obtained by using this in principle and is the driving force of strong cohesion between microfibrils in a naturally derived cellulose solid raw material, an N-oxyl compound is used. By acting, it is obtained by oxidizing a part of the hydroxyl groups on the microfibril surface and converting them to carboxyl groups. Therefore, the one where there is much sum total of the quantity of the carboxyl group which exists in a cellulose (carboxyl group content) can exist stably as a finer fiber diameter. Further, in water, an electric repulsive force is generated, so that the tendency of the microfibrils to break apart without maintaining aggregation is increased, and the dispersion stability of the nanofibers is further increased. The carboxyl group content is measured by the following method.
<カルボキシル基含有量の測定方法>
乾燥質量0.5gのセルロースナノファイバーを100mlビーカーにとり、イオン交換水を加えて全体で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、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に調整する。自動滴定装置(AUT−50、東亜ディーケーケー(株)製)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する。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、次式にしたがいセルロースナノファイバーのカルボキシル基含有量を算出する。
カルボキシル基含有量(mmol/g)=水酸化ナトリウム滴定量(ml)×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)
<Measurement method of carboxyl group content>
Cellulose nanofibers with a dry mass of 0.5 g are placed in a 100 ml beaker and ion-exchanged water is added to make a total of 55 ml. A dispersion is prepared by adding 5 ml of 0.01 M sodium chloride aqueous solution to sufficiently disperse cellulose fibers. The dispersion is stirred until. 0.1 M hydrochloric acid is added to this dispersion to adjust the pH to 2.5-3. Using an automatic titrator (AUT-50, manufactured by Toa DKK Co., Ltd.), 0.05M aqueous sodium hydroxide solution is added dropwise to the dispersion under conditions of a waiting time of 60 seconds. The conductivity and pH values are measured every minute, and the measurement is continued until the pH is about 11 to obtain a conductivity curve. From this conductivity curve, the sodium hydroxide titration amount is obtained, and the carboxyl group content of the cellulose nanofiber is calculated according to the following formula.
Carboxyl group content (mmol / g) = sodium hydroxide titration (ml) × sodium hydroxide aqueous solution concentration (0.05 M) / mass of cellulose fiber (0.5 g)
また、N−オキシル化合物を作用させることでカルボキシル基含有量が上述の範囲となったセルロースナノファイバーに対して変性処理を施すことで得られるナノファイバー誘導体も本発明において好適に用いられる。この誘導体は、セルロースのカルボキシル基含有量が、前記の範囲外である場合があるが、該誘導体が生成するまでの過程において、セルロースのカルボキシル基含有量が前記の範囲内である状態を経ているので、微細な繊維径を容易に達成することができる。なお、天然セルロース繊維にN−オキシル化合物を作用させることで得られるセルロースナノファイバーと、該セルロースナノファイバーの誘導体とは、どちらか一方を用いることもでき、両者を併用することもできる。 In addition, a nanofiber derivative obtained by subjecting cellulose nanofibers having a carboxyl group content in the above range by the action of an N-oxyl compound to a modification treatment is also preferably used in the present invention. In this derivative, the carboxyl group content of cellulose may be outside the above range, but in the process until the derivative is formed, the cellulose has a carboxyl group content within the above range. Therefore, a fine fiber diameter can be easily achieved. In addition, either the cellulose nanofiber obtained by making an N-oxyl compound act on natural cellulose fiber and the derivative | guide_body of this cellulose nanofiber can also be used, and both can also be used together.
セルロースナノファイバーは、その長さに特に制限はない。繊維長を平均アスペクト比(繊維長/繊維径)で表すと、好ましくは10〜1000、更に好ましくは10〜500、一層好ましくは100〜350である。平均アスペクト比は以下の方法によって測定される。 The length of the cellulose nanofiber is not particularly limited. When the fiber length is represented by an average aspect ratio (fiber length / fiber diameter), it is preferably 10 to 1000, more preferably 10 to 500, and still more preferably 100 to 350. The average aspect ratio is measured by the following method.
<平均アスペクト比の測定方法>
セルロースナノファイバーに水を加えて調製した分散液(セルロースナノファイバーの濃度0.005〜0.04質量%)の粘度から算出する。分散液の粘度は、レオメーター(MCR、DG42(二重円筒)、PHYSICA社製)を用いて20℃で測定する。分散液のセルロースナノファイバーの質量濃度と分散液の水に対する比粘度との関係から、以下の式(1)を用いてセルロースナノファイバーのアスペクト比を逆算し、これを平均アスペクト比とする。式(1)は、The Theory of Polymer Dynamics,M.DOI and D.F.EDWARDS,CLARENDON PRESS・OXFORD,1986,p312に記載の剛直棒状分子の粘度式(8.138)と、Lb2×ρ=M/NAの関係〔式中、Lは繊維長、bは繊維幅(セルロースナノファイバーの断面は正方形とする)、ρはセルロースナノファイバーの濃度(kg/m3)、Mは分子量、NAはアボガドロ数を表す〕から導出される。なお粘度式(8.138)において、剛直棒状分子=セルロースナノファイバーとした。また、式(1)中、ηSPは比粘度、πは円周率、lnは自然対数、Pはアスペクト比(L/b)、γ=0.8、ρSは分散媒の密度(kg/m3)、ρ0はセルロース結晶の密度(kg/m3)、Cはセルロースの質量濃度(C=ρ/ρS)を表す。
<Measuring method of average aspect ratio>
It is calculated from the viscosity of a dispersion prepared by adding water to cellulose nanofibers (concentration of cellulose nanofibers of 0.005 to 0.04% by mass). The viscosity of the dispersion is measured at 20 ° C. using a rheometer (MCR, DG42 (double cylinder), manufactured by PHYSICA). From the relationship between the mass concentration of the cellulose nanofibers in the dispersion and the specific viscosity of the dispersion with respect to water, the aspect ratio of the cellulose nanofibers is calculated back using the following formula (1) to obtain the average aspect ratio. Equation (1) is the Theory of Polymer Dynamics, M .; DOI and D.D. F. EDWARDS, CLARENDON PRESS · OXFORD, 1986 , p312 viscosity rigid-rod molecules according to equation (8.138), the relationship wherein the Lb 2 × ρ = M / N A, L is the fiber length, b is fiber width (The cross section of the cellulose nanofiber is square), ρ is the concentration (kg / m 3 ) of the cellulose nanofiber, M is the molecular weight, and N A is the Avogadro number. In the viscosity formula (8.138), rigid rod-like molecule = cellulose nanofiber. In Formula (1), η SP is the specific viscosity, π is the circumference ratio, ln is the natural logarithm, P is the aspect ratio (L / b), γ = 0.8, ρ S is the density of the dispersion medium (kg / M 3 ), ρ 0 represents the density of cellulose crystals (kg / m 3 ), and C represents the mass concentration of cellulose (C = ρ / ρ S ).
セルロースナノファイバーは、例えば天然セルロース繊維を酸化して反応物繊維を得る酸化反応工程、及び該反応物繊維を微細化処理する微細化工程を含む製造方法により得ることができる。酸化反応工程では、まず、水中に天然セルロース繊維を分散させたスラリーを調製する。スラリーは、原料となる天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して約10〜1000倍量(質量基準)の水を加え、ミキサー等で処理することにより得られる。天然セルロース繊維としては、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。天然セルロース繊維は、叩解等の表面積を高める処理が施されていてもよい。 Cellulose nanofibers can be obtained, for example, by a production method including an oxidation reaction step of oxidizing natural cellulose fibers to obtain reactant fibers, and a refinement step of miniaturizing the reactant fibers. In the oxidation reaction step, first, a slurry in which natural cellulose fibers are dispersed in water is prepared. The slurry is obtained by adding about 10 to 1000 times (mass basis) of water to the natural cellulose fiber (absolute dry basis) as a raw material, and processing with a mixer or the like. Examples of natural cellulose fibers include wood pulp such as softwood pulp and hardwood pulp; cotton pulp such as cotton linter and cotton lint; non-wood pulp such as straw pulp and bagasse pulp; bacterial cellulose and the like. These 1 type can be used individually or in combination of 2 or more types. The natural cellulose fiber may be subjected to a treatment for increasing the surface area such as beating.
次に、N−オキシル化合物を酸化触媒として用い、水中において天然セルロース繊維を酸化処理して反応物繊維を得る。N−オキシル化合物としては、例えば2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(TEMPO)、4−アセトアミド−TEMPO、4−カルボキシ−TEMPO、4−フォスフォノオキシ−TEMPO等を用いることができる。N−オキシル化合物の添加は触媒量で十分であり、通常、原料として用いた天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して0.1〜10質量%となる範囲である。 Next, using an N-oxyl compound as an oxidation catalyst, natural cellulose fibers are oxidized in water to obtain reactant fibers. Examples of N-oxyl compounds include 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (TEMPO), 4-acetamido-TEMPO, 4-carboxy-TEMPO, 4-phosphonooxy-TEMPO, and the like. Can be used. A catalytic amount is sufficient for the addition of the N-oxyl compound, and is usually in the range of 0.1 to 10% by mass relative to the natural cellulose fiber (absolute dry basis) used as a raw material.
天然セルロース繊維の酸化処理においては、酸化剤(例えば、次亜ハロゲン酸又はその塩、亜ハロゲン酸又はその塩、過ハロゲン酸又はその塩、過酸化水素、過有機酸等)と、共酸化剤(例えば、臭化ナトリウム等の臭化アルカリ金属)とを併用する。酸化剤としては、特に、次亜塩素酸ナトリウムや次亜臭素酸ナトリウム等のアルカリ金属次亜ハロゲン酸塩が好ましい。酸化剤の使用量は、通常、原料として用いた天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して約1〜100質量%となる範囲である。また、共酸化剤の使用量は、通常、原料として用いた天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して約1〜30質量%となる範囲である。 In the oxidation treatment of natural cellulose fiber, an oxidizing agent (for example, hypohalous acid or a salt thereof, hypohalous acid or a salt thereof, perhalogenic acid or a salt thereof, hydrogen peroxide, a perorganic acid, etc.) and a co-oxidant (For example, alkali metal bromide such as sodium bromide). As the oxidizing agent, alkali metal hypohalites such as sodium hypochlorite and sodium hypobromite are particularly preferable. The amount of the oxidizing agent used is usually in the range of about 1 to 100% by mass with respect to the natural cellulose fiber (absolute dry standard) used as a raw material. Moreover, the usage-amount of a co-oxidant is the range used as about 1-30 mass% normally with respect to the natural cellulose fiber (absolute dry reference | standard) used as a raw material.
天然セルロース繊維の酸化処理においては、酸化反応を効率良く進行させる観点から、反応液(前記スラリー)のpHが9〜12の範囲に維持されることが望ましい。また、酸化処理の温度(前記スラリーの温度)は、1〜50℃において任意であるが、室温で反応可能であり、特に温度制御は必要としない。反応時間は1〜240分間が望ましい。 In the oxidation treatment of natural cellulose fibers, it is desirable to maintain the pH of the reaction solution (slurry) in the range of 9 to 12 from the viewpoint of allowing the oxidation reaction to proceed efficiently. The temperature of the oxidation treatment (the temperature of the slurry) is arbitrary at 1 to 50 ° C., but the reaction is possible at room temperature, and no temperature control is required. The reaction time is preferably 1 to 240 minutes.
酸化反応工程後、微細化工程前に精製工程を実施し、未反応の酸化剤や各種副生成物等の、前記スラリー中に含まれる反応物繊維及び水以外の不純物を除去する。反応物繊維は通常、この段階ではナノファイバー単位までばらばらに分散していないため、精製工程では、例えば水洗とろ過を繰り返す精製法を行うことができる。その際に用いる精製装置は特に制限されない。こうして得られた精製処理された反応物繊維は、通常、適量の水を含浸させた状態で次工程(微細化工程)に送られるが、必要に応じ、乾燥処理した繊維状や粉末状としてもよい。 After the oxidation reaction step, a purification step is performed before the miniaturization step to remove impurities other than the reactant fibers and water contained in the slurry, such as unreacted oxidant and various by-products. Since the reaction product fibers are not normally dispersed evenly at the nanofiber unit at this stage, in the purification step, for example, a purification method in which water washing and filtration are repeated can be performed. The purification apparatus used in that case is not particularly limited. The purified reaction product fiber thus obtained is usually sent to the next step (miniaturization step) impregnated with an appropriate amount of water. However, if necessary, it may be dried into a fiber or powder form. Good.
微細化工程では、精製工程を経た反応物繊維を水等の溶媒中に分散させ微細化処理を施す。この微細化工程を経ることにより、平均繊維径及び平均アスペクト比がそれぞれ前記範囲にあるセルロースナノファイバーが得られる。 In the miniaturization step, the reaction product fibers that have undergone the purification step are dispersed in a solvent such as water and subjected to a miniaturization treatment. By passing through this refinement | miniaturization process, the cellulose nanofiber which has an average fiber diameter and an average aspect ratio in the said range, respectively is obtained.
微細化処理において、分散媒としての溶媒は通常は水が好ましいが、水以外にも目的に応じて水に可溶な有機溶媒(アルコール類、エーテル類、ケトン類等)を使用してもよく、これらの混合物も好適に使用できる。微細化処理で使用する分散機としては、例えば、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、二軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等が挙げられる。微細化処理における反応物繊維の固形分濃度は50質量%以下が好ましい。 In the miniaturization treatment, the solvent as the dispersion medium is usually water, but in addition to water, an organic solvent soluble in water (alcohols, ethers, ketones, etc.) may be used depending on the purpose. These mixtures can also be suitably used. Examples of the disperser used in the miniaturization process include a disaggregator, a beater, a low pressure homogenizer, a high pressure homogenizer, a grinder, a cutter mill, a ball mill, a jet mill, a short shaft extruder, a twin screw extruder, an ultrasonic stirrer, and a household. Juicer mixer for use. The solid content concentration of the reactant fiber in the refinement treatment is preferably 50% by mass or less.
微細化工程後に得られるセルロースナノファイバーは、必要に応じ、固形分濃度を調整した分散液状の形態(目視的に無色透明又は不透明な液)、あるいは乾燥処理した粉末状の形態(ただし、セルロース繊維が凝集した粉末状であり、セルロース粒子を意味するものではない)とすることができる。分散液状にする場合、分散媒として水のみを使用してもよく、あるいは水と他の有機溶媒(例えば、エタノール等のアルコール類)や界面活性剤、酸、塩基等との混合溶媒を使用してもよい。 Cellulose nanofibers obtained after the micronization step are in the form of a dispersed liquid with a solid content adjusted as needed (a visually colorless transparent or opaque liquid), or a dried powdery form (however, the cellulose fiber) Is an agglomerated powder and does not mean cellulose particles). When making a dispersion liquid, water alone may be used as a dispersion medium, or a mixed solvent of water and other organic solvents (for example, alcohols such as ethanol), surfactants, acids, bases, etc. is used. May be.
以上のとおりの天然セルロース繊維の酸化処理及び微細化処理によって、セルロース構成単位のC6位の水酸基がアルデヒド基を経由してカルボキシル基へと選択的に酸化され、カルボキシル基含有量が好ましくは0.1〜3mmol/gのセルロースからなり、平均繊維径が好ましくは200nm以下の微細化された高結晶性セルロース繊維を容易に得ることができる。この高結晶性セルロース繊維は、セルロースI型結晶構造を有している。これは、本発明で用いる微細セルロース繊維が、I型結晶構造を有する天然由来のセルロース固体原料が表面酸化され微細化された繊維であることを意味する。すなわち、天然セルロース繊維は、その生合成の過程において生産されるミクロフィブリルと呼ばれる微細な繊維が多束化して高次な固体構造を構築しているところ、そのミクロフィブリル間の強い凝集力(表面間の水素結合)を、前記の酸化処理によるアルデヒド基あるいはカルボキシル基の導入によって弱め、更に前記の微細化処理を経ることで、微細セルロース繊維が得られる。そして、酸化処理の条件を調整することで、カルボキシル基含有量を所定の範囲内にて増減させて極性を変化させることができ、またカルボキシル基の静電反発や微細化処理によって、セルロース繊維の平均繊維径、平均繊維長、平均アスペクト比等を制御することができる。 By the oxidation treatment and refinement treatment of the natural cellulose fiber as described above, the hydroxyl group at the C6 position of the cellulose constituent unit is selectively oxidized to a carboxyl group via an aldehyde group, and the carboxyl group content is preferably 0. It is possible to easily obtain a highly refined highly crystalline cellulose fiber composed of 1 to 3 mmol / g cellulose and having an average fiber diameter of preferably 200 nm or less. This highly crystalline cellulose fiber has a cellulose I-type crystal structure. This means that the fine cellulose fiber used in the present invention is a fiber obtained by surface-oxidizing a naturally-derived cellulose solid raw material having an I-type crystal structure. In other words, natural cellulose fibers have a high-order solid structure in which fine fibers called microfibrils produced in the process of biosynthesis are bundled to form a high-order solid structure. The fine cellulose fiber is obtained by weakening the hydrogen bond between them by introduction of the aldehyde group or carboxyl group by the oxidation treatment, and further through the refinement treatment. And by adjusting the conditions for the oxidation treatment, the polarity can be changed by increasing or decreasing the carboxyl group content within a predetermined range, and by the electrostatic repulsion or refinement treatment of the carboxyl group, The average fiber diameter, average fiber length, average aspect ratio, etc. can be controlled.
このようにして得られたセルロースナノファイバー表面におけるカルボキシル基に対して変性処理を行ってセルロースナノファイバー誘導体を得てもよい。セルロースナノファイバーのカルボキシル基に対する変性処理の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、2−プロピル基、ブチル基、2−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ミリスチル基、パルミチル基、ステアリル基などのアルキル基とのカルボン酸エステル化又はカルボン酸アミド化などが挙げられる。 A cellulose nanofiber derivative may be obtained by modifying the carboxyl group on the surface of the cellulose nanofiber thus obtained. Examples of the modification treatment for the carboxyl group of cellulose nanofiber include methyl group, ethyl group, propyl group, 2-propyl group, butyl group, 2-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, Examples thereof include carboxylic acid esterification or carboxylic acid amidation with an alkyl group such as octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, myristyl group, palmityl group and stearyl group.
またセルロースナノファイバーのカルボキシル基に対する変性処理の例として、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、トリプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、ステアリルアミン、オクタデシルアミンなど、炭素数1〜18の同一の又は異なるアルキル基を有する第一〜三級アルキルアミンとのアミン塩化;テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、ジステアリルジメチルアンモニウムなど、炭素数2〜17の同一の又は異なるアルキル基を有する第四級アンモニウム化合物とのアンモニウム塩化;1,3ジメチルイミダゾリウム、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムなどのイミダゾリウム化合物とのイミダゾリウム塩化;N,N′−ジメチルイミダゾリニウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリニウムなどのイミダゾリニウム化合物とのイミダゾリニウム塩化;テトラエチルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、テトラオクチルホスホニウム、テトラフェニルホスホニウムなどのホスホニウム化合物とのホスホニウム塩化などが挙げられる。 Examples of the modification treatment for the carboxyl group of cellulose nanofiber include methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, tripropylamine, butylamine, dibutylamine, tributylamine, hexylamine, Amine chloride with primary to tertiary alkylamines having the same or different alkyl groups having 1 to 18 carbon atoms, such as octylamine, decylamine, dodecylamine, stearylamine, octadecylamine; tetraethylammonium, tetrabutylammonium, tetrapropyl Ammonia, lauryltrimethylammonium, stearyltrimethylammonium, distearyldimethylammonium, etc. Ammonium chloride with quaternary ammonium compounds having different or different alkyl groups; imidazolium chloride with imidazolium compounds such as 1,3 dimethylimidazolium, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium; N, N ′ -Imidazolinium chloride with imidazolinium compounds such as dimethylimidazolinium, 1,2,3-trimethylimidazolinium; phosphonium with phosphonium compounds such as tetraethylphosphonium, tetrabutylphosphonium, tetraoctylphosphonium, tetraphenylphosphonium And chloride.
更に、セルロースナノファイバー表面における水酸基に対して変性処理を行ってセルロースナノファイバー誘導体を得てもよい。セルロースナノファイバーの水酸基に対する変性処理の例としては、アセチル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、プロピオニル基、プロピオロイル基、ブチリル基、2−ブチリル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ウンデカノイル基、ドデカノイル基、ミリストイル基、パルミトイル基、ステアロイル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、ナフトイル基、ニコチノイル基、イソニコチノイル基、フロイル基、シンナモイル基等のアシル基、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアノイル基等のイソシアネート基、メチル基、エチル基、プロピル基、2−プロピル基、ブチル基、2−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ミリスチル基、パルミチル基、ステアリル基等のアルキル基、オキシラン基、オキセタン基、チイラン基、チエタン基処理等が挙げられる。このような各種の変性処理によって得られたセルロースナノファイバー誘導体は、未変性のセルロースナノファイバーに対して親疎水性が変化することに起因して、複合成形体に用いる樹脂中での分散性が向上する場合があり、用いる樹脂に応じて任意に選択することができる。 Furthermore, the cellulose nanofiber derivative may be obtained by modifying the hydroxyl group on the surface of the cellulose nanofiber. Examples of modification treatment for the hydroxyl group of cellulose nanofiber include acetyl group, acryloyl group, methacryloyl group, propionyl group, propioyl group, butyryl group, 2-butyryl group, pentanoyl group, hexanoyl group, heptanoyl group, octanoyl group, nonanoyl group , Decanoyl group, undecanoyl group, dodecanoyl group, myristoyl group, palmitoyl group, stearoyl group, pivaloyl group, benzoyl group, naphthoyl group, nicotinoyl group, isonicotinoyl group, furoyl group, cinnamoyl group and other acyl groups, 2-methacryloyloxyethyl isocyania Isocyanate group such as noyl group, methyl group, ethyl group, propyl group, 2-propyl group, butyl group, 2-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl , Nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, myristyl group, palmityl group, an alkyl group such as a stearyl group, an oxirane group, an oxetane group, a thiirane group, and a thietane group treatment. Cellulose nanofiber derivatives obtained by such various modification treatments have improved dispersibility in resins used in composite molded products due to the change in hydrophilicity / hydrophobicity of unmodified cellulose nanofibers. And can be arbitrarily selected according to the resin used.
本発明の樹脂改質用添加剤は、上述したセルロースナノファイバー及び樹脂粒子を含み、更に必要に応じて、架橋剤や粘土鉱物、界面活性剤などの分散剤、着色剤、帯電防止剤などを含んでいてもよい。 The additive for resin modification of the present invention contains the above-mentioned cellulose nanofibers and resin particles, and further contains a dispersing agent such as a crosslinking agent, clay mineral, and surfactant, a colorant, an antistatic agent, and the like as necessary. May be included.
次に、本発明の樹脂改質用添加剤の好適な製造方法について説明する。本製造方法は、(a)セルロースナノファイバーと樹脂粒子と液媒体とを含むエマルションを調製し、次いで(b)該エマルションから乾燥によって該液媒体を除去する工程を有する。以下、これら(a)及び(b)の工程についてそれぞれ説明する。 Next, the suitable manufacturing method of the additive for resin modification | change of this invention is demonstrated. This production method includes the steps of (a) preparing an emulsion containing cellulose nanofibers, resin particles and a liquid medium, and (b) removing the liquid medium from the emulsion by drying. Hereinafter, each of the steps (a) and (b) will be described.
(a)の工程において、セルロースナノファイバーと樹脂粒子とを混合するために用いられる液媒体としては、通常水が用いられるが、それ以外にもセルロースナノファイバーを分散させ得る媒体、例えば非水溶性有機媒体、水溶性有機媒体、水溶性有機媒体、又はこれらと水との混合媒体などを挙げることができる。どのような媒体を用いるかは、樹脂粒子の分散性に応じて適宜決定すればよい。非水溶性有機媒体としては、例えばトルエン、クロロホルム、酢酸エチル、ヘキサンなどを用いることができる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。水溶性有機媒体としては、例えばエタノール、メタノール、イソプロパノール、t−ブチルアルコール、アセトン、N−メチル−2−ピロリドン、テトラヒドロフランなどを用いることができる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 In the step (a), water is usually used as the liquid medium used for mixing the cellulose nanofibers and the resin particles, but other mediums that can disperse the cellulose nanofibers, for example, water-insoluble Examples thereof include an organic medium, a water-soluble organic medium, a water-soluble organic medium, and a mixed medium of these with water. What kind of medium is used may be appropriately determined according to the dispersibility of the resin particles. As the water-insoluble organic medium, for example, toluene, chloroform, ethyl acetate, hexane or the like can be used. These can be used alone or in combination of two or more. As the water-soluble organic medium, for example, ethanol, methanol, isopropanol, t-butyl alcohol, acetone, N-methyl-2-pyrrolidone, tetrahydrofuran and the like can be used. These can be used alone or in combination of two or more.
(a)の工程においては、例えばセルロースナノファイバーと、樹脂粒子と、液媒体の三者を混合してエマルションを調製することができる。エマルションの調製の容易性からは、エマルションの状態の前記樹脂粒子(つまり、あらかじめ液媒体に分散処理された樹脂エマルション)とセルロースナノファイバーとを混合してエマルションを調製することが有利である。樹脂エマルションとしては、例えば水エマルション、非水溶性有機媒体のエマルション、水溶性有機媒体のエマルション、水と水溶性有機媒体とのエマルションを用いることができる。安全性等を考慮すると、水エマルション及び水と水溶性有機媒体とのエマルションを用いることが好ましい。どのような媒体の樹脂エマルションを用いる場合であっても、樹脂エマルション中での樹脂粒子の濃度は1〜80質量%、特に5〜30質量%とすることが、樹脂粒子を安定に分散させ得ることと、後述する乾燥時の効率の観点から好ましい。 In the step (a), for example, cellulose nanofibers, resin particles, and a liquid medium can be mixed to prepare an emulsion. From the viewpoint of ease of preparation of the emulsion, it is advantageous to prepare the emulsion by mixing the resin particles in an emulsion state (that is, a resin emulsion dispersed in a liquid medium in advance) and cellulose nanofibers. As the resin emulsion, for example, a water emulsion, an emulsion of a water-insoluble organic medium, an emulsion of a water-soluble organic medium, or an emulsion of water and a water-soluble organic medium can be used. In consideration of safety and the like, it is preferable to use a water emulsion and an emulsion of water and a water-soluble organic medium. Whatever the resin emulsion of the medium is used, the concentration of the resin particles in the resin emulsion can be 1 to 80% by mass, particularly 5 to 30% by mass, so that the resin particles can be stably dispersed. From the viewpoints of efficiency and efficiency at the time of drying described later.
また前記(a)の工程においては、粉末状の樹脂粒子(つまり乾燥状態の樹脂粉末であり、あらかじめ液媒体へ分散処理が行われていないもの)とセルロースナノファイバーとを混合してエマルションを調製することもできる。このとき、樹脂粉末が液媒体に分散し難い組合せであっても、セルロースナノファイバーが分散剤となりエマルションとすることもできるし、界面活性剤やセルロースナノファイバー以外の分散剤を用いてエマルションとすることもできる。 In the step (a), an emulsion is prepared by mixing powdery resin particles (that is, a dry resin powder that has not been previously dispersed in a liquid medium) and cellulose nanofibers. You can also At this time, even if the resin powder is a combination that is difficult to disperse in the liquid medium, the cellulose nanofibers can be used as a dispersant to form an emulsion, or the emulsion can be formed using a dispersant other than a surfactant or cellulose nanofiber. You can also.
前記の樹脂エマルションと、セルロースナノファイバーの分散液とを混合することで、目的とするセルロースナノファイバー/樹脂粒子のエマルションが得られる。このエマルションに含まれるセルロースナノファイバーの濃度は0.1〜40質量%、特に0.2〜5質量%であることが好ましい。樹脂粒子の濃度は0.1〜50質量%、特に0.1〜10質量%であることが好ましい。また、このエマルション中には、セルロースナノファイバー及び樹脂粒子に加えて、必要に応じて架橋剤や粘土鉱物、界面活性剤などの分散剤、着色剤、帯電防止剤等が含まれていてもよい。 By mixing the resin emulsion and a dispersion of cellulose nanofibers, a target cellulose nanofiber / resin particle emulsion can be obtained. The concentration of cellulose nanofibers contained in this emulsion is preferably 0.1 to 40% by mass, particularly preferably 0.2 to 5% by mass. It is preferable that the density | concentration of the resin particle is 0.1-50 mass%, especially 0.1-10 mass%. In addition to cellulose nanofibers and resin particles, this emulsion may contain a crosslinking agent, clay mineral, a surfactant or other dispersant, a colorant, an antistatic agent, etc., if necessary. .
このようにして得られたセルロースナノファイバー/樹脂粒子のエマルションに対して、(b)工程において液媒体の除去を行い、本発明の樹脂改質用添加剤を得る。液媒体の除去は乾燥によって行う。液媒体の乾燥は自然乾燥でもよく、あるいは加熱乾燥でもよい。これらの乾燥方法を用いる場合には、エマルションをキャスト(流延)して乾燥させることが乾燥効率の点から好ましい。いずれの乾燥方法を用いても、セルロースナノファイバーの凝集は起こりづらい。この理由は、天然セルロース繊維にN−オキシル化合物を作用させることで生じたカルボキシル基による静電反発のためである。これに対して、先に背景技術の項で述べた特許文献1に記載のミクロフィブリル化セルロースはカルボキシル基等に起因する静電反発力を有していないので、自然乾燥や加熱乾燥を行うと、該セルロースの凝集が起こってしまう。これを防止するために同文献では凍結乾燥を採用している。本発明では、凍結乾燥は必須ではない(もちろん凍結乾燥を行うことは妨げられない。)。 In the step (b), the liquid medium is removed from the cellulose nanofiber / resin particle emulsion thus obtained to obtain the resin-modifying additive of the present invention. The liquid medium is removed by drying. Drying of the liquid medium may be natural drying or heat drying. When using these drying methods, it is preferable from the viewpoint of drying efficiency that the emulsion is cast (cast) and dried. Even if any drying method is used, the aggregation of cellulose nanofibers hardly occurs. The reason for this is due to electrostatic repulsion caused by carboxyl groups generated by allowing an N-oxyl compound to act on natural cellulose fibers. On the other hand, since the microfibrillated cellulose described in Patent Document 1 described in the background art section does not have an electrostatic repulsive force due to a carboxyl group or the like, natural drying or heat drying is performed. The cellulose is agglomerated. In order to prevent this, freeze-drying is adopted in this document. In the present invention, lyophilization is not essential (of course, lyophilization is not prevented).
前記樹脂改質用添加剤の乾燥効率や、セルロースナノファイバーと樹脂粒子との複合化の観点からは、乾燥方法としてエマルションの噴霧乾燥を行うことが好ましい。噴霧乾燥においては、エマルションをノズルから噴出させて微細な液滴となし、次いで対流空気中で加熱乾燥すればよい。本方法では、一般に用いられる噴霧乾燥機を使用することができる。 From the viewpoint of the drying efficiency of the resin-modifying additive and the combination of cellulose nanofibers and resin particles, it is preferable to carry out spray drying of the emulsion as a drying method. In spray drying, the emulsion may be ejected from a nozzle to form fine droplets, and then heated and dried in convection air. In this method, a commonly used spray dryer can be used.
このようにして得られた樹脂改質用添加剤(前記エマルション状態から乾燥処理したもの、又はその後溶融成形したものでも構わない)は、例えばチップ状のマスターバッチとして用いることができる。このマスターバッチを、押出機を用いて熱可塑性樹脂に添加して溶融混練し、溶融成形することでセルロースナノファイバー複合成形体を得ることができる。この熱可塑性樹脂としては、例えば先に述べた樹脂粒子を構成する各種の樹脂と同様のものを用いることができる。この熱可塑性樹脂は、樹脂粒子を構成する樹脂と同種のものでもよく、あるいは異種のものでもよい。同種の樹脂を用いれば、目的とするセルロースナノファイバー複合成形体中でのセルロースナノファイバーの分散性を容易に高めることができる。異種の樹脂を用いる場合には、相溶性のある樹脂の組み合わせを採用することが好ましい。 The thus obtained resin-modifying additive (which may be dried from the emulsion state or subsequently melt-molded) may be used as, for example, a chip-shaped masterbatch. A cellulose nanofiber composite molded body can be obtained by adding this master batch to a thermoplastic resin using an extruder, melt kneading, and melt molding. As this thermoplastic resin, for example, the same resins as various resins constituting the resin particles described above can be used. This thermoplastic resin may be the same type as the resin constituting the resin particles, or may be a different type. If the same kind of resin is used, the dispersibility of the cellulose nanofibers in the intended cellulose nanofiber composite molded article can be easily increased. When different types of resins are used, it is preferable to employ a combination of compatible resins.
得られたセルロースナノファイバー複合成形体は、セルロースナノファイバーによる強化で強度が向上したものとなる。つまり該セルロースナノファイバー複合成形体は、セルロースナノファイバー強化樹脂成形体であると言うことができる。該成形体に含まれるセルロースナノファイバーの割合は0.1〜50質量%、特に0.5〜10質量%という少量であっても、樹脂の強度向上に十分である。この理由は、成形体中においてセルロースナノファイバーが高度に分散しているからである。また、セルロースナノファイバー複合成形体は、透明性の高いものである。この理由も、成形体中においてセルロースナノファイバーが高度に分散しているからである。 The obtained cellulose nanofiber composite molded body has improved strength due to reinforcement by cellulose nanofibers. That is, it can be said that the cellulose nanofiber composite molded body is a cellulose nanofiber reinforced resin molded body. Even if the ratio of the cellulose nanofiber contained in the molded product is as small as 0.1 to 50% by mass, particularly 0.5 to 10% by mass, it is sufficient for improving the strength of the resin. This is because cellulose nanofibers are highly dispersed in the molded body. The cellulose nanofiber composite molded body is highly transparent. This is also because cellulose nanofibers are highly dispersed in the molded body.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples.
〔実施例1〕
(1)セルロースナノファイバーの製造
針葉樹の漂白クラフトパルプ(製造会社:フレッチャー チャレンジ カナダ、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(製造会社:ALDRICH、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(製造会社:和光純薬工業(株))を用いた。臭化ナトリウムとしては、市販品(製造会社:和光純薬工業(株))を用いた。まず、針葉樹の漂白クラフトパルプ繊維100gを9900gのイオン交換水で十分に攪拌した後、パルプ質量100gに対し、TEMPO1.25質量%、臭化ナトリウム12.5質量%、次亜塩素酸ナトリウム28.4質量%をこの順で添加した。pHスタットを用い、0.5M水酸化ナトリウムを滴下してpHを10.5に保持し、酸化反応を行った。酸化を120分行った後に滴下を停止し、酸化パルプを得た。イオン交換水を用いて酸化パルプを十分に洗浄し、次いで脱水処理を行った。その後、酸化パルプ3.9gとイオン交換水296.1gをミキサー(Vita−Mix−Blender ABSOLUTE、大阪化学(株)製)によって10分間攪拌した。その操作によって繊維の微細化処理を行い、セルロースナノファイバーの分散液を得た。分散液の固形分濃度は、1.3質量%であった。このセルロースナノファイバーの平均繊維径は3.3nm、平均アスペクト比は305、カルボキシル基含有量は1.2mmol/gであった。
[Example 1]
(1) Manufacture of cellulose nanofibers Conifer bleached kraft pulp (manufacturer: Fletcher Challenge Canada, trade name “Machenzi”, CSF 650 ml) was used as natural cellulose fiber. As TEMPO, a commercial product (manufacturer: ALDRICH, Free radical, 98% by mass) was used. A commercial product (manufacturer: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as sodium hypochlorite. A commercial product (manufacturer: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as sodium bromide. First, 100 g of bleached kraft pulp fiber of coniferous trees was sufficiently stirred with 9900 g of ion-exchanged water, and then TEMPO 1.25% by mass, sodium bromide 12.5% by mass, sodium hypochlorite 28. 4% by weight was added in this order. Using a pH stat, 0.5M sodium hydroxide was added dropwise to maintain the pH at 10.5, and an oxidation reaction was performed. After 120 minutes of oxidation, dropping was stopped to obtain oxidized pulp. The oxidized pulp was thoroughly washed with ion-exchanged water and then dehydrated. Thereafter, 3.9 g of oxidized pulp and 296.1 g of ion-exchanged water were stirred for 10 minutes by a mixer (Vita-Mix-Blender ABSOLUTE, Osaka Chemical Co., Ltd.). By the operation, the fiber was refined to obtain a dispersion of cellulose nanofibers. The solid content concentration of the dispersion was 1.3% by mass. The average fiber diameter of the cellulose nanofibers was 3.3 nm, the average aspect ratio was 305, and the carboxyl group content was 1.2 mmol / g.
(2)樹脂エマルションの準備
ポリエチレンのエマルション(商品名:アローベースSB1010、ユニチカ(株)製)を用いた。樹脂粒子の濃度は25質量%であり、樹脂粒子の平均粒径は0.22μmであった。樹脂粒子の形状は球状であった。
(2) Preparation of resin emulsion A polyethylene emulsion (trade name: Arrow Base SB1010, manufactured by Unitika Ltd.) was used. The concentration of the resin particles was 25% by mass, and the average particle size of the resin particles was 0.22 μm. The shape of the resin particles was spherical.
(3)セルロースナノファイバー/樹脂粒子のエマルションの調製
前記の(1)で得られたセルロースナノファイバーの分散液600gと、前記の(2)で準備したポリエチレンの水エマルション31.2gとをビーカーに注ぎ、マグネチックスターラーを用いて30分間混合した。これによって、目的とするエマルションを得た。
(3) Preparation of cellulose nanofiber / resin particle emulsion 600 g of the cellulose nanofiber dispersion obtained in (1) above and 31.2 g of the polyethylene water emulsion prepared in (2) above in a beaker. Pour and mix for 30 minutes using a magnetic stirrer. Thus, the intended emulsion was obtained.
(4)樹脂改質用添加剤の製造
前記の(3)で得られたエマルションを噴霧乾燥して、樹脂改質用添加剤を得た。噴霧乾燥は、噴霧乾燥機(スプレードライヤ ADL311S−A、ヤマト科学(株)製)を用いた。噴霧乾燥の条件は、ノズル径1.6mm、インレット温度150℃、アウトレット温度約72℃、噴霧圧0.15MPaとした。得られた樹脂改質用添加剤におけるセルロースナノファイバー含有量は50質量%である。
(4) Production of resin modifying additive The emulsion obtained in (3) above was spray-dried to obtain a resin modifying additive. For the spray drying, a spray dryer (spray dryer ADL311S-A, manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) was used. The spray drying conditions were a nozzle diameter of 1.6 mm, an inlet temperature of 150 ° C., an outlet temperature of about 72 ° C., and a spray pressure of 0.15 MPa. The cellulose nanofiber content in the obtained resin-modifying additive is 50% by mass.
(5)セルロースナノファイバー複合成形体の製造
前記の(4)で得られた樹脂改質用添加剤と低密度ポリエチレン樹脂(LDPE、商品名:ノバテックLD LC561、日本ポリエチレン(株)製)を、混練機(ラボプラストミル、東洋精機(株)製)を用いて溶融混練した。LDPE100質量部に対して、得られた樹脂改質用添加剤を2質量部加えて、150℃で10分間、回転数70rpmで混練した。得られた混練物を、プレス機(ラボプレスP2−30T、東洋精機(株)製)を用いて、160℃、0.5MPaで3分間、20MPaで1分間にわたり熱プレスし、更に23℃、0.5MPaで1分間にわたり冷却プレスした。これによって厚さ0.5mmのシート状のセルロースナノファイバー複合成形体を得た。該複合成形体におけるセルロースナノファイバー含有量は1.0質量%であった。
(5) Manufacture of cellulose nanofiber composite molded body The resin-modifying additive and low-density polyethylene resin (LDPE, trade name: Novatec LD LC561, manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd.) obtained in (4) above, The mixture was melt kneaded using a kneader (Laboplast Mill, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.). 2 parts by mass of the obtained resin modifying additive was added to 100 parts by mass of LDPE and kneaded at 150 ° C. for 10 minutes at a rotation speed of 70 rpm. The obtained kneaded material was hot-pressed at 160 ° C., 0.5 MPa for 3 minutes, and 20 MPa for 1 minute using a press machine (Lab Press P2-30T, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.), and further at 23 ° C., 0 Cooled and pressed at 5 MPa for 1 minute. Thus, a sheet-like cellulose nanofiber composite molded body having a thickness of 0.5 mm was obtained. The cellulose nanofiber content in the composite molded body was 1.0% by mass.
〔実施例2〕
実施例1で用いたセルロースナノファイバーの分散液300gと、ポリエチレンのエマルション15.6gを用い、実施例1と同様にしてセルロースナノファイバー/樹脂粒子のエマルションを調製した。このエマルションを、ポリスチレン製シャーレ(φ80mm)に深さ約0.8cm注ぎ、23℃50%RH環境において1週間乾燥した。このようにして樹脂改質用添加剤を得た。この樹脂改質用添加剤は、キャスト膜の形態をしていた。エマルション調製時の仕込み量から計算されたセルロースナノファイバー含有量は50質量%であった。LDPE100質量部に対して、前記樹脂改質用添加剤2.0質量部を加え、実施例1と同様にしてセルロースナノファイバー複合成形体を得た。該複合成形体におけるセルロースナノファイバー含有量は1.0質量%であった。
[Example 2]
A cellulose nanofiber / resin particle emulsion was prepared in the same manner as in Example 1 using 300 g of the cellulose nanofiber dispersion used in Example 1 and 15.6 g of polyethylene emulsion. This emulsion was poured into a petri dish made of polystyrene (φ80 mm) to a depth of about 0.8 cm and dried in a 23 ° C., 50% RH environment for 1 week. In this way, an additive for resin modification was obtained. This resin-modifying additive was in the form of a cast film. The cellulose nanofiber content calculated from the charged amount at the time of preparing the emulsion was 50% by mass. The resin modifying additive (2.0 parts by mass) was added to 100 parts by mass of LDPE, and a cellulose nanofiber composite molded body was obtained in the same manner as in Example 1. The cellulose nanofiber content in the composite molded body was 1.0% by mass.
〔実施例3〕
LDPEの代わりに高密度ポリエチレン樹脂(HDPE、商品名:ノバテックHD HB338RE、日本ポリエチレン(株)製)を用い、HDPE100質量部に対して実施例2で作製した樹脂改質用添加剤3.1質量部加え、実施例2と同様にしてセルロースナノファイバー複合成形体を得た。該複合成形体におけるセルロースナノファイバー含有量は1.5質量%であった。
Example 3
A resin modifying additive prepared in Example 2 with respect to 100 parts by mass of HDPE using high density polyethylene resin (HDPE, trade name: Novatec HD HB338RE, manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd.) instead of LDPE 3.1 mass In addition, a cellulose nanofiber composite molded body was obtained in the same manner as in Example 2. The cellulose nanofiber content in the composite molded body was 1.5% by mass.
〔実施例4〕
ポリプロピレンのエマルション(商品名:ハイテックP−5300、東邦化学(株)製、固形分濃度35質量%、平均粒径0.18μm、形状:球形)66.8gと、実施例1で用いたセルロースナノファイバーの分散液600gとを混合してエマルションを得た。このエマルションを実施例2と同様に乾燥して、樹脂改質用添加剤を得た。この樹脂改質用添加剤のセルロースナノファイバー含有量は25質量%であった。
Example 4
66.8 g of polypropylene emulsion (trade name: Hitech P-5300, manufactured by Toho Chemical Co., Ltd., solid content concentration 35% by mass, average particle size 0.18 μm, shape: sphere) and cellulose nano used in Example 1 An emulsion was obtained by mixing 600 g of a fiber dispersion. This emulsion was dried in the same manner as in Example 2 to obtain an additive for resin modification. The cellulose nanofiber content of this resin modifying additive was 25% by mass.
LDPEの代わりにポリプロピレン樹脂(PP、商品名:ノバテックPP BC03L、日本ポリプロピレン(株)製)を用い、PP100質量部に対して、前記樹脂改質用添加剤9.9質量部加え、実施例2と同様にしてセルロースナノファイバー複合成形体を得た。該複合成形体におけるセルロースナノファイバー含有量は2.2質量%であった。 A polypropylene resin (PP, trade name: Novatec PP BC03L, manufactured by Nippon Polypropylene Co., Ltd.) was used instead of LDPE, and 9.9 parts by mass of the resin-modifying additive was added to 100 parts by mass of PP. Example 2 In the same manner as above, a cellulose nanofiber composite molded body was obtained. The cellulose nanofiber content in the composite molded body was 2.2% by mass.
〔比較例1〕
セルロースナノファイバーの分散液を用いず、ポリエチレンのエマルション40gだけを、実施例1と同様に乾燥して乾燥物を得た。LDPE100質量部に対して、前記乾燥物を1質量部加えた以外は実施例1と同様にして成形体を得た。
[Comparative Example 1]
Without using the cellulose nanofiber dispersion, only 40 g of polyethylene emulsion was dried in the same manner as in Example 1 to obtain a dried product. A molded body was obtained in the same manner as in Example 1 except that 1 part by mass of the dried product was added to 100 parts by mass of LDPE.
〔比較例2〕
セルロースナノファイバーの分散液を用いず、ポリエチレンの水エマルション40gだけを、実施例2と同様に乾燥した。HDPE100質量部に対して、この乾燥物を1.5質量部加えた以外は実施例3と同様にして成形体を得た。
[Comparative Example 2]
Only the water emulsion 40g of polyethylene was dried like Example 2 without using the dispersion liquid of cellulose nanofiber. A molded body was obtained in the same manner as in Example 3 except that 1.5 parts by mass of this dried product was added to 100 parts by mass of HDPE.
〔比較例3〕
セルロースナノファイバーの分散液の代わりに、イオン交換水で固形分濃度1.3質量%に調製したMFC(商品名:セリッシュFD-200L、ダイセル化学工業(株)製)分散液を用いた。このMFC分散液300gと、実施例1で用いたポリエチレンのエマルション15.6gとを混合してエマルションを得た。このエマルションを実施例2と同様に乾燥して乾燥物を得た。該乾燥物中のMFC含有量は50質量%であった。HDPE100質量部に対して、該乾燥物を3.1質量部加えた以外は実施例3と同様にして成形体を得た。
[Comparative Example 3]
Instead of the dispersion of cellulose nanofibers, an MFC (trade name: Selish FD-200L, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) dispersion prepared with ion exchange water to a solid content concentration of 1.3% by mass was used. 300 g of this MFC dispersion and 15.6 g of the polyethylene emulsion used in Example 1 were mixed to obtain an emulsion. This emulsion was dried in the same manner as in Example 2 to obtain a dried product. The MFC content in the dried product was 50% by mass. A molded body was obtained in the same manner as in Example 3 except that 3.1 parts by mass of the dried product was added to 100 parts by mass of HDPE.
〔比較例4〕
セルロースナノファイバーの分散液を用いず、ポリプロピレンのエマルション40gだけを、実施例2と同様に乾燥して乾燥物を得た。PP100質量部に対して、この乾燥物を7.1質量部加えた以外は実施例4と同様にして成形体を得た。
[Comparative Example 4]
Without using the cellulose nanofiber dispersion, only 40 g of the polypropylene emulsion was dried in the same manner as in Example 2 to obtain a dried product. A molded body was obtained in the same manner as in Example 4 except that 7.1 parts by mass of this dried product was added to 100 parts by mass of PP.
〔比較例5〕
本比較例は、セルロースナノファイバーを樹脂改質用添加剤の形態で用いず、セルロースナノファイバー単独での乾燥物の状態のままで用いた例である。実施例1で用いたセルロースナノファイバーの分散液をキャスト法によって乾燥させて、セルロースナノファイバーの乾燥体を得た。この乾燥体1.5質量部と、実施例3で用いたHDPE100質量部とを用い、実施例1と同様にして混練機で混練した。得られた混練物を実施例3と同様にしてプレス機でプレスして、厚さ0.5mmのシート状のセルロースナノファイバー複合成形体を得た。
[Comparative Example 5]
This comparative example is an example in which cellulose nanofibers are not used in the form of a resin-modifying additive, but are used in the form of a dried product of cellulose nanofibers alone. The cellulose nanofiber dispersion used in Example 1 was dried by a casting method to obtain a dried cellulose nanofiber. Using 1.5 parts by mass of the dried product and 100 parts by mass of HDPE used in Example 3, the mixture was kneaded in the same manner as in Example 1. The obtained kneaded material was pressed with a press in the same manner as in Example 3 to obtain a sheet-like cellulose nanofiber composite molded body having a thickness of 0.5 mm.
〔評価〕
得られた複合成形体について、引張弾性率、引張降伏強度及び破断伸度を以下の方法で測定した。それらの結果を以下の表1に示す。
[Evaluation]
About the obtained composite molded object, the tensile elasticity modulus, the tensile yield strength, and the breaking elongation were measured with the following method. The results are shown in Table 1 below.
<複合成形体の引張弾性率、引張降伏強度及び破断伸度の測定方法>
引張圧縮試験機((株)オリエンテック社製 RTA−500)を用いて、JIS K7113に準拠して、複合成形体の引張弾性率、引張降伏強度及び破断伸度をそれぞれ測定した。1号ダンベルで打ち抜いたサンプルを支点間距離80mmでセットし、クロスヘッド速度30mm/minで測定した。なお破断伸度に関し、63mm以上(破断伸度79%)伸びても破断点が現れなかったものはその時点で測定を終了した。
<Measuring method of tensile modulus, tensile yield strength and elongation at break of composite molded body>
Using a tensile and compression tester (RTA-500 manufactured by Orientec Co., Ltd.), the tensile elastic modulus, tensile yield strength, and breaking elongation of the composite molded article were measured in accordance with JIS K7113. A sample punched with No. 1 dumbbell was set at a fulcrum distance of 80 mm and measured at a crosshead speed of 30 mm / min. In addition, regarding the elongation at break, the measurement was terminated at that point when no breaking point appeared even when the elongation was 63 mm or more (breaking elongation: 79%).
表1に示す結果から明らかなように、各実施例で得られたセルロースナノファイバー複合成形体は、セルロースナノファイバー含有量が3質量%以下とわずかでありながら、引張弾性率が各比較例に比して1.1倍以上あって、高い機械的強度を有していた。実施例1は噴霧乾燥法、実施例2はキャスト法によって製造した樹脂改質用添加剤であるが、これらから得られた複合成形体は比較例1から得られた成形体よりも引張弾性率及び引張降伏強度ともに高く、そして伸び性を維持していた。また実施例3から得られた複合成形体は、セルロースナノファイバーを含まない比較例2の成形体よりも機械強度が高く、更にセルロースナノファイバーの代わりにMFCを用いた比較例3から得られた成形体と比べても高い機械強度を有している。セルロースナノファイバーを樹脂改質用添加剤の形態で用いず、セルロースナノファイバー単独での乾燥物の状態のままで用いた比較例5の方法で作製した複合成形体は、実施例3と同量のセルロースナノファイバーを含有していながら、その弾性率は実施例3よりも低かった。このことから本発明の樹脂改質用添加剤が、強化樹脂成形体の製造に適していると言える。 As is clear from the results shown in Table 1, the cellulose nanofiber composite molded body obtained in each example has a cellulose nanofiber content of 3% by mass or less and a tensile elastic modulus in each comparative example. Compared with 1.1 times or more, it had high mechanical strength. Example 1 is an additive for resin modification produced by a spray drying method, and Example 2 is a resin modification additive produced by a cast method. The composite molded body obtained from these is more elastic than the molded body obtained from Comparative Example 1. In addition, the tensile yield strength was high and the elongation was maintained. The composite molded body obtained from Example 3 had higher mechanical strength than the molded body of Comparative Example 2 that did not contain cellulose nanofibers, and was obtained from Comparative Example 3 using MFC instead of cellulose nanofibers. Compared to the molded body, it has high mechanical strength. The composite molded body produced by the method of Comparative Example 5 in which the cellulose nanofibers were not used in the form of a resin-modifying additive and was used as it was in the dry state of cellulose nanofibers alone was the same amount as in Example 3. While containing the cellulose nanofibers, the elastic modulus was lower than that of Example 3. From this, it can be said that the additive for resin modification of the present invention is suitable for the production of a reinforced resin molded article.
〔実施例5〕
針葉樹の漂白クラフトパルプ(製造会社:フレッチャー チャレンジ カナダ、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(製造会社:ALDRICH、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(製造会社:和光純薬工業(株))を用いた。臭化ナトリウムとしては、市販品(製造会社:和光純薬工業(株))を用いた。まず、針葉樹の漂白クラフトパルプ繊維100gを9900gのイオン交換水で十分に攪拌した後、パルプ質量100gに対し、TEMPO1.25質量%、臭化ナトリウム12.5質量%、次亜塩素酸ナトリウム28.4質量%をこの順で添加した。pHスタットを用い、0.5M水酸化ナトリウムを滴下してpHを10.5に保持し、酸化反応を行った。酸化を120分行った後に滴下を停止し、酸化パルプを得た。イオン交換水を用いて酸化パルプを十分に洗浄し、次いで脱水処理を行った。その後、酸化パルプ3gに1N塩酸(和光純薬製)を7.2g加えて緩やかに1時間攪拌した後、再度イオン交換水を用いて酸化パルプを十分に洗浄、脱水処理を行い、カルボキシル基をプロトン化した酸化パルプを得た。その後、前記プロトン化した酸化パルプ3gとイオン交換水297gとプロピルアミン(和光純薬工業製)0.21gとを混合し、高圧ホモジナイザー(卓上微粒化試験機NM2−2000AR、吉田機械興業(株)製)を用いて、吐出圧力100MPaの条件で5回処理を行った。その操作によって繊維の微細化処理を行い、セルロースナノファイバー誘導体(プロピルアミン塩型)の分散液を得た。分散液の固形分濃度は1.0質量%であった。このセルロースナノファイバー誘導体の平均繊維径は3.5nm、平均アスペクト比は220、カルボキシル基含有量は1.2mmol/gであった。
Example 5
Softwood bleached kraft pulp (Manufacturer: Fletcher Challenge Canada, trade name “Machenzie”, CSF 650 ml) was used as natural cellulose fiber. As TEMPO, a commercial product (manufacturer: ALDRICH, Free radical, 98% by mass) was used. A commercial product (manufacturer: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as sodium hypochlorite. A commercial product (manufacturer: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as sodium bromide. First, 100 g of bleached kraft pulp fiber of coniferous trees was sufficiently stirred with 9900 g of ion-exchanged water, and then TEMPO 1.25% by mass, sodium bromide 12.5% by mass, sodium hypochlorite 28. 4% by weight was added in this order. Using a pH stat, 0.5M sodium hydroxide was added dropwise to maintain the pH at 10.5, and an oxidation reaction was performed. After 120 minutes of oxidation, dropping was stopped to obtain oxidized pulp. The oxidized pulp was thoroughly washed with ion-exchanged water and then dehydrated. Thereafter, 7.2 g of 1N hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 3 g of oxidized pulp and stirred gently for 1 hour, and then the oxidized pulp was sufficiently washed again with ion-exchanged water and dehydrated to remove carboxyl groups. Protonated oxidized pulp was obtained. Thereafter, 3 g of the protonated oxidized pulp, 297 g of ion-exchanged water, and 0.21 g of propylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were mixed, and a high-pressure homogenizer (desktop atomization tester NM2-2000AR, Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd.) The product was processed 5 times under the condition of a discharge pressure of 100 MPa. By the operation, the fiber was refined to obtain a dispersion of cellulose nanofiber derivative (propylamine salt type). The solid content concentration of the dispersion was 1.0% by mass. This cellulose nanofiber derivative had an average fiber diameter of 3.5 nm, an average aspect ratio of 220, and a carboxyl group content of 1.2 mmol / g.
前記セルロースナノファイバー誘導体の分散液100gと、ポリエチレンのエマルション(商品名:アローベースSB1010、ユニチカ(株)製)36gをビーカーに注ぎ、マグネチックスターラーを用いて30分間混合し、セルロースナノファイバー誘導体/樹脂粒子のエマルションを調製した。このエマルションを、ポリスチレン製シャーレ(φ80mm)に深さ約0.8cm注ぎ、23℃50%RH環境において1週間乾燥した。このようにして樹脂改質用添加剤を得た。この樹脂改質用添加剤のセルロースナノファイバー含有量は10質量%であった。 100 g of the cellulose nanofiber derivative dispersion and 36 g of a polyethylene emulsion (trade name: Arrow Base SB1010, manufactured by Unitika Co., Ltd.) are poured into a beaker and mixed for 30 minutes using a magnetic stirrer. An emulsion of resin particles was prepared. This emulsion was poured into a petri dish made of polystyrene (φ80 mm) to a depth of about 0.8 cm and dried in a 23 ° C., 50% RH environment for 1 week. In this way, an additive for resin modification was obtained. The cellulose nanofiber content of this resin-modifying additive was 10% by mass.
前記樹脂改質用添加剤と高密度ポリエチレン樹脂(HDPE、商品名:ノバテックHD HB338RE、日本ポリエチレン(株)製)と接着性樹脂(アドテックスDH4200、日本ポリエチレン(株)製)を、混練機(ラボプラストミル、東洋精機(株)製)を用いて溶融混練した。HDPE95質量部、接着性樹脂5質量部に対して、前記樹脂改質用添加剤を5質量部加えて、150℃で10分間、回転数70rpmで混練した。得られた混練物を、プレス機(ラボプレスP2−30T、東洋精機(株)製)を用いて、150℃、0.5MPaで3分間、20MPaで1分間にわたり熱プレス、さら23℃、0.5MPaで1分間にわたり冷却プレスした。これによって厚さ0.5mmのシート状のセルロースナノファイバー複合成形体を得た。該複合成形体におけるセルロースナノファイバー含有量は0.5質量%であった。 A kneading machine (HDPE, trade name: Novatec HD HB338RE, manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd.) and an adhesive resin (Adtex DH4200, manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd.) Using a Laboplast mill, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. 5 parts by mass of the resin modifying additive was added to 95 parts by mass of HDPE and 5 parts by mass of the adhesive resin, and kneaded at 150 ° C. for 10 minutes at a rotation speed of 70 rpm. The obtained kneaded product was hot-pressed at 150 ° C., 0.5 MPa for 3 minutes, and 20 MPa for 1 minute using a press machine (Lab Press P2-30T, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.), further 23 ° C., 0. Cooling press was performed at 5 MPa for 1 minute. Thus, a sheet-like cellulose nanofiber composite molded body having a thickness of 0.5 mm was obtained. The cellulose nanofiber content in the composite molded body was 0.5% by mass.
〔実施例6〕
プロピルアミン(和光純薬工業製)に代えてヘキシルアミン(和光純薬工業製)0.36g用いて、実施例5と同様にセルロースナノファイバー誘導体(ヘキシルアミン塩型)の分散液を得た。分散液の固形分濃度は1.0質量%であった。このセルロースナノファイバー誘導体の平均繊維径は3.5nm、平均アスペクト比は220、カルボキシル基含有量は1.2mmol/gであった。
Example 6
A dispersion of cellulose nanofiber derivative (hexylamine salt type) was obtained in the same manner as in Example 5 using 0.36 g of hexylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) instead of propylamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries). The solid content concentration of the dispersion was 1.0% by mass. This cellulose nanofiber derivative had an average fiber diameter of 3.5 nm, an average aspect ratio of 220, and a carboxyl group content of 1.2 mmol / g.
セルロースナノファイバー誘導体(プロピルアミン塩型)に代えて、前記セルロースナノファイバー誘導体(ヘキシルアミン塩型)を用いた以外は実施例5と同様にして樹脂改質用添加剤を得た。この樹脂改質用添加剤のセルロースナノファイバー含有量は10質量%であった。前記樹脂改質用添加剤を用いて実施例5と同様にしてセルロースナノファイバー複合成形体を得た。該複合成形体におけるセルロースナノファイバー含有量は0.5質量%であった。 A resin modifying additive was obtained in the same manner as in Example 5 except that the cellulose nanofiber derivative (hexylamine salt type) was used instead of the cellulose nanofiber derivative (propylamine salt type). The cellulose nanofiber content of this resin-modifying additive was 10% by mass. Using the resin-modifying additive, a cellulose nanofiber composite molded body was obtained in the same manner as in Example 5. The cellulose nanofiber content in the composite molded body was 0.5% by mass.
〔比較例6〕
セルロースナノファイバーの分散液を用いず、ポリエチレンのエマルション40gだけを、実施例5と同様に乾燥して乾燥物を得た。HDPE95質量部、接着樹脂5質量部に対して、前記乾燥物を4.7質量部加えた以外は実施例5と同様にして成形体を得た。
[Comparative Example 6]
Without using the cellulose nanofiber dispersion, only 40 g of polyethylene emulsion was dried in the same manner as in Example 5 to obtain a dried product. A molded body was obtained in the same manner as in Example 5 except that 4.7 parts by mass of the dried product was added to 95 parts by mass of HDPE and 5 parts by mass of the adhesive resin.
〔評価〕
得られた複合成形体について、引張弾性率、引張降伏強度及び破断伸度を実施例1と同様に測定した。その結果を以下の表2に示す。
[Evaluation]
About the obtained composite molded object, the tensile elasticity modulus, the tensile yield strength, and the breaking elongation were measured similarly to Example 1. The results are shown in Table 2 below.
表2に示す結果から明らかなように、実施例5及び6で得られたセルロースナノファイバー誘導体を含む複合成形体はセルロースナノファイバー含有量0.5質量%とわずかでありながら、引張弾性率が比較例6に比して1.1倍近くあって、高い機械的強度を有していた。また実施例5及び6はセルロースナノファイバー含有量が少ないことから、高い伸び性を維持していた。このことから本発明のセルロースナノファイバー誘導体を含む樹脂改質用添加剤が、強化樹脂成形体の製造に適していると言える。 As is clear from the results shown in Table 2, the composite molded body containing the cellulose nanofiber derivatives obtained in Examples 5 and 6 has a cellulose nanofiber content of 0.5% by mass, but has a tensile modulus of elasticity. Compared to Comparative Example 6, it was close to 1.1 times and had high mechanical strength. Moreover, since Examples 5 and 6 had little cellulose nanofiber content, they maintained high extensibility. From this, it can be said that the resin-modifying additive containing the cellulose nanofiber derivative of the present invention is suitable for the production of a reinforced resin molded article.
〔実施例7〕
針葉樹の漂白クラフトパルプ(製造会社:フレッチャー チャレンジ カナダ、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(製造会社:ALDRICH、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(製造会社:和光純薬工業(株))を用いた。臭化ナトリウムとしては、市販品(製造会社:和光純薬工業(株))を用いた。まず、針葉樹の漂白クラフトパルプ繊維100gを9900gのイオン交換水で十分に攪拌した後、パルプ質量100gに対し、TEMPO1.25質量%、臭化ナトリウム12.5質量%、次亜塩素酸ナトリウム28.4質量%をこの順で添加した。pHスタットを用い、0.5M水酸化ナトリウムを滴下してpHを10.5に保持し、酸化反応を行った。酸化を120分行った後に滴下を停止し、酸化パルプを得た。イオン交換水を用いて酸化パルプを十分に洗浄し、次いで脱水処理を行った。その後、前記酸化パルプ100gとイオン交換水9900gを高圧ホモジナイザー(スターバーストラボHJP−25005、(株)スギノマシン製)を用いて、吐出圧力245MPaの条件で2回処理を行った。その操作によって繊維の微細化処理を行い、セルロースナノファイバーの分散液を得た。分散液の固形分濃度は1.0質量%であった。このセルロースナノファイバー誘導体の平均繊維径は3.4nm、平均アスペクト比は200、カルボキシル基含有量は1.2mmol/gであった。
Example 7
Softwood bleached kraft pulp (Manufacturer: Fletcher Challenge Canada, trade name “Machenzie”, CSF 650 ml) was used as natural cellulose fiber. As TEMPO, a commercial product (manufacturer: ALDRICH, Free radical, 98% by mass) was used. A commercial product (manufacturer: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as sodium hypochlorite. A commercial product (manufacturer: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as sodium bromide. First, 100 g of bleached kraft pulp fiber of coniferous trees was sufficiently stirred with 9900 g of ion-exchanged water, and then TEMPO 1.25% by mass, sodium bromide 12.5% by mass, sodium hypochlorite 28. 4% by weight was added in this order. Using a pH stat, 0.5M sodium hydroxide was added dropwise to maintain the pH at 10.5, and an oxidation reaction was performed. After 120 minutes of oxidation, dropping was stopped to obtain oxidized pulp. The oxidized pulp was thoroughly washed with ion-exchanged water and then dehydrated. Thereafter, 100 g of the oxidized pulp and 9900 g of ion-exchanged water were treated twice using a high-pressure homogenizer (Starburst Lab HJP-25005, manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) at a discharge pressure of 245 MPa. By the operation, the fiber was refined to obtain a dispersion of cellulose nanofibers. The solid content concentration of the dispersion was 1.0% by mass. This cellulose nanofiber derivative had an average fiber diameter of 3.4 nm, an average aspect ratio of 200, and a carboxyl group content of 1.2 mmol / g.
前記セルロースナノファイバーの分散液700gと、樹脂粒子として低密度ポリエチレンの粉末(LDPE、商品名:ペトロセン202、東ソー(株)製)93gを高圧ホモジナイザー(卓上微粒化試験機NM2−2000AR、吉田機械興業(株)製)を用いて、吐出圧力100MPaの条件で混合し、エマルションを得た。このエマルションをポリスチレン製シャーレ(φ80mm)に深さ約0.8cm注ぎ、23℃50%RH環境において1週間乾燥した。このようにして樹脂改質用添加剤を得た。この樹脂改質用添加剤のセルロースナノファイバー含有量は7質量%であった。 700 g of the cellulose nanofiber dispersion and 93 g of low-density polyethylene powder (LDPE, trade name: Petrocene 202, manufactured by Tosoh Corporation) as resin particles were added to a high-pressure homogenizer (desk atomization tester NM2-2000AR, Yoshida Machine Industries, Ltd.) Was used under the condition of a discharge pressure of 100 MPa to obtain an emulsion. This emulsion was poured into a polystyrene petri dish (φ80 mm) to a depth of about 0.8 cm and dried in a 23 ° C., 50% RH environment for 1 week. In this way, an additive for resin modification was obtained. The cellulose nanofiber content of this resin-modifying additive was 7% by mass.
前記樹脂改質用添加剤と高密度ポリエチレン樹脂(HDPE、商品名:ノバテックHD HB338RE、日本ポリエチレン(株)製)と接着性樹脂(アドテックスDH4200、日本ポリエチレン(株)製)を、混練機(ラボプラストミル、東洋精機(株)製)を用いて溶融混練した。HDPE100質量部、接着性樹脂を5質量部に対して、前記樹脂改質用添加剤を80質量部加えて、150℃で10分間、回転数70rpmで混練した。得られた混練物を、プレス機(ラボプレスP2−30T、東洋精機(株)製)を用いて、150℃、0.5MPaで3分間、20MPaで1分間にわたり熱プレス、さら23℃、0.5MPaで1分間にわたり冷却プレスした。これによって厚さ0.5mmのシート状のセルロースナノファイバー複合成形体を得た。該複合成形体におけるセルロースナノファイバー含有量は3.0質量%であった。 A kneading machine (HDPE, trade name: Novatec HD HB338RE, manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd.) and an adhesive resin (Adtex DH4200, manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd.) Using a Laboplast mill, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. 80 parts by mass of the resin modifying additive was added to 100 parts by mass of HDPE and 5 parts by mass of the adhesive resin, and kneaded at 150 ° C. for 10 minutes at a rotation speed of 70 rpm. The obtained kneaded product was hot-pressed at 150 ° C., 0.5 MPa for 3 minutes, and 20 MPa for 1 minute using a press machine (Lab Press P2-30T, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.), further 23 ° C., 0. Cooling press was performed at 5 MPa for 1 minute. Thus, a sheet-like cellulose nanofiber composite molded body having a thickness of 0.5 mm was obtained. The cellulose nanofiber content in the composite molded body was 3.0% by mass.
〔実施例8〕
低密度ポリエチレンの粉末80gとセルロースナノファイバーの分散液2000gを用いた以外は実施例7と同様にして樹脂改質用添加剤を得た。この樹脂改質用添加剤のセルロースナノファイバー含有量は20質量%であった。前記樹脂改質用添加剤を19質量部加えた以外は実施例7と同様にしてセルロースナノファイバー複合成形体を得た。該複合成形体におけるセルロースナノファイバー含有量は3.0質量%であった。
Example 8
A resin modifying additive was obtained in the same manner as in Example 7, except that 80 g of low density polyethylene powder and 2000 g of cellulose nanofiber dispersion were used. The cellulose nanofiber content of this resin modifying additive was 20% by mass. A cellulose nanofiber composite molded body was obtained in the same manner as in Example 7 except that 19 parts by mass of the resin-modifying additive was added. The cellulose nanofiber content in the composite molded body was 3.0% by mass.
〔実施例9〕
樹脂粒子としてエチレン酢酸ビニルコポリマーの粉末(EVA、商品名:ウルトラセンNM38-PW、東ソー(株)製)を用いた以外は実施例7と同様にして樹脂改質用添加剤を得た。この樹脂改質用添加剤のセルロースナノファイバー含有量は7質量%であった。前記樹脂改質用添加剤を実施例7と同様にしてセルロースナノファイバー複合成形体を得た。該複合成形体におけるセルロースナノファイバー含有量は3.0質量%であった。
Example 9
An additive for resin modification was obtained in the same manner as in Example 7 except that ethylene vinyl acetate copolymer powder (EVA, trade name: Ultrasen NM38-PW, manufactured by Tosoh Corporation) was used as the resin particles. The cellulose nanofiber content of this resin-modifying additive was 7% by mass. A cellulose nanofiber composite molded body was obtained in the same manner as in Example 7 using the resin-modifying additive. The cellulose nanofiber content in the composite molded body was 3.0% by mass.
〔実施例10〕
樹脂粒子としてポリプロピレンの粉末(PP、商品名:PPW−5パウダー(株)セイシン企業製)を用いた以外は実施例7と同様にして樹脂改質用添加剤を得た。この樹脂改質用添加剤のセルロースナノファイバー含有量は7質量%であった。前記樹脂改質用添加剤を実施例7と同様にしてセルロースナノファイバー複合成形体を得た。該複合成形体におけるセルロースナノファイバー含有量は3.0質量%であった。
Example 10
An additive for resin modification was obtained in the same manner as in Example 7 except that polypropylene powder (PP, trade name: PPW-5 Powder, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.) was used as the resin particles. The cellulose nanofiber content of this resin-modifying additive was 7% by mass. A cellulose nanofiber composite molded body was obtained in the same manner as in Example 7 using the resin-modifying additive. The cellulose nanofiber content in the composite molded body was 3.0% by mass.
〔実施例11〕
樹脂粒子として超高分子量ポリエチレンの粉末(UDPE、商品名:ミペロンXM−330、三井化学(株)製)を用いた以外は実施例7と同様にして樹脂改質用添加剤を得た。この樹脂改質用添加剤のセルロースナノファイバー含有量は7質量%であった。前記樹脂改質用添加剤を実施例7と同様にしてセルロースナノファイバー複合成形体を得た。該複合成形体におけるセルロースナノファイバー含有量は3.0質量%であった。
Example 11
An additive for resin modification was obtained in the same manner as in Example 7 except that ultra high molecular weight polyethylene powder (UDPE, trade name: Mipperon XM-330, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was used as the resin particles. The cellulose nanofiber content of this resin-modifying additive was 7% by mass. A cellulose nanofiber composite molded body was obtained in the same manner as in Example 7 using the resin-modifying additive. The cellulose nanofiber content in the composite molded body was 3.0% by mass.
〔比較例7〕
HDPE100質量部、接着性樹脂5質量部に対して、セルロースナノファイバーを用いずに、低密度ポリエチレンの粉末74質量部加えた以外は実施例7と同様にして成形体を得た。
[Comparative Example 7]
A molded body was obtained in the same manner as Example 7 except that 74 parts by mass of low density polyethylene powder was added to 100 parts by mass of HDPE and 5 parts by mass of the adhesive resin without using cellulose nanofibers.
〔比較例8〕
HDPE100質量部、接着性樹脂5質量部に対して、セルロースナノファイバーを用いずに、低密度ポリエチレンの粉末15質量部加えた以外は実施例7と同様にして成形体を得た。
[Comparative Example 8]
A molded body was obtained in the same manner as in Example 7 except that 15 parts by mass of low-density polyethylene powder was added to 100 parts by mass of HDPE and 5 parts by mass of the adhesive resin without using cellulose nanofibers.
〔比較例9〕
HDPE100質量部、接着性樹脂5質量部に対して、セルロースナノファイバーを用いずに、エチレン酢酸ビニルコポリマーの粉末74質量部加えた以外は実施例7と同様にして成形体を得た。
[Comparative Example 9]
A molded body was obtained in the same manner as in Example 7 except that 74 parts by mass of ethylene vinyl acetate copolymer powder was added to 100 parts by mass of HDPE and 5 parts by mass of adhesive resin without using cellulose nanofibers.
〔比較例10〕
HDPE100質量部、接着性樹脂5質量部に対して、セルロースナノファイバーを用いずに、ポリプロピレンの粉末74質量部加えた以外は実施例7と同様にして成形体を得た。
[Comparative Example 10]
A molded product was obtained in the same manner as in Example 7 except that 74 parts by mass of polypropylene powder was added to 100 parts by mass of HDPE and 5 parts by mass of the adhesive resin without using cellulose nanofibers.
〔比較例11〕
HDPE100質量部、接着性樹脂5質量部に対して、セルロースナノファイバーを用いずに、超高分子量ポリエチレンの粉末74質量部加えた以外は実施例7と同様にして成形体を得た。
[Comparative Example 11]
A molded body was obtained in the same manner as in Example 7 except that 74 parts by mass of ultrahigh molecular weight polyethylene powder was added to 100 parts by mass of HDPE and 5 parts by mass of the adhesive resin without using cellulose nanofibers.
〔評価〕
得られた複合成形体について、引張弾性率、引張降伏強度及び破断伸度の結果を以下の表3に示す。
[Evaluation]
Table 3 below shows the results of the tensile modulus, tensile yield strength, and breaking elongation of the obtained composite molded body.
種類の異なる樹脂粒子から樹脂改質用添加剤を得て、それを用いて複合成形体を作製した実施例7〜11は、セルースナノファイバーを用いていない比較例7〜11とそれぞれ対応している。実施例7〜11のいずれにおいても、比較例よりも弾性率が向上していることが分かる。実施例7〜11に用いた樹脂粒子はいずれも水への分散性の低い疎水性の樹脂粉末であったが、セルロースナノファイバーによって首尾よくエマルション化できることで分散性の高い樹脂改質用添加剤となったと考えられる。このことから本発明の樹脂改質用添加剤が、強化樹脂成形体の製造に適していると言える。 Examples 7 to 11 in which additives for resin modification were obtained from different types of resin particles and composite molded bodies were produced using the additives were respectively corresponding to Comparative Examples 7 to 11 in which no cellulose nanofibers were used. ing. In any of Examples 7-11, it turns out that the elasticity modulus is improving rather than the comparative example. The resin particles used in Examples 7 to 11 were all hydrophobic resin powders with low dispersibility in water. However, they can be successfully emulsified with cellulose nanofibers, so that they have high dispersibility. It is thought that it became. From this, it can be said that the additive for resin modification of the present invention is suitable for the production of a reinforced resin molded article.
Claims (8)
天然セルロース繊維にN−オキシル化合物を作用させることで得られるセルロースナノファイバー及び/又は該セルロースナノファイバーの誘導体と樹脂粒子と液媒体とを含むエマルションを調製し、次いで該エマルションから乾燥によって該液媒体を除去する工程を有する樹脂改質用添加剤の製造方法。 It is a manufacturing method of the additive for resin modification of Claim 1,
An emulsion containing cellulose nanofibers obtained by allowing an N-oxyl compound to act on natural cellulose fibers and / or derivatives of the cellulose nanofibers, resin particles, and a liquid medium is prepared, and then the liquid medium is dried from the emulsion. The manufacturing method of the additive for resin modification which has the process of removing.
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