JP6525758B2 - Photocurable composition for three-dimensional shaping - Google Patents
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Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
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Description
本発明は、三次元造形用の光硬化性組成物に関する。更に詳しくは、精密機器、電気・電子製品、自動車等の製品又はそれらの部品あるいは筐体を立体造形する際の材として好適な光硬化性組成物、該組成物を用いる光造形物の製造方法、及び該製造方法により得られる光造形物に関する。 The present invention relates to a photocurable composition for three-dimensional shaping. More specifically, a photocurable composition suitable as a material for precision molding, electric / electronic products, products such as automobiles, or parts or casings thereof, and a method for producing an optically shaped article using the composition And an optically shaped article obtained by the production method.
近年、金型を用いることなく立体造形物を良好な寸法精度で製造し得ることから、立体的に光学造形する方法が種々検討されている。 In recent years, since a three-dimensional object can be manufactured with good dimensional accuracy without using a mold, various methods for three-dimensionally optical formation have been studied.
例えば、特許文献1では、カチオン重合性有機化合物、ラジカル重合性有機化合物、活性エネルギー線感受性カチオン重合開始剤、及び活性エネルギー線感受性ラジカル重合開始剤を含有する光学的立体造形用樹脂組成物中に、カチオン重合性有機化合物として、特定の芳香族トリエポキシ化合物を所定の割合で含有させると、当該光学的立体造形用樹脂組成物から得られる立体造形物は、熱変形温度が高くて耐熱性に優れ、引張強度や曲げ強度などの力学的強度が大きく且つ適度な伸度を有していて靭性に優れ、しかも透明性に優れ、黄変などの変色が小さくて色相に優れ、当該優れた透明性及び色相が高温に曝された後でも維持されていることが報告されている。 For example, in Patent Document 1, a resin composition for optical three-dimensional shape formation comprising a cationically polymerizable organic compound, a radically polymerizable organic compound, an active energy ray sensitive cationic polymerization initiator, and an active energy ray sensitive radical polymerization initiator When a specific aromatic triepoxy compound is contained in a predetermined ratio as a cationically polymerizable organic compound, the three-dimensional object obtained from the resin composition for optical three-dimensional modeling has a high heat distortion temperature and is heat resistant. Excellent mechanical strength such as tensile strength and bending strength, and a suitable degree of elongation to be excellent in toughness, and further excellent in transparency, small in color change such as yellowing, excellent in hue and excellent in transparency It is reported that the color and hue are maintained even after being exposed to high temperatures.
また、特許文献2では、その硬化物のガラス転移温度が低い単官能モノマーは、そのホモポリマーのガラス転移温度が高い単官能モノマーよりも、硬化反応中に粘度の増加速度が遅いため、そのホモポリマーのガラス転移温度が低い単官能モノマーを特定量含むインク組成物を硬化させることで、当該インク組成物の硬化収縮を緩和するための時間が確保でき、ゴム弾性と寸法安定性とを両立する硬化物が得られると開示されている。 Further, in Patent Document 2, a monofunctional monomer having a low glass transition temperature of its cured product has a rate of increase in viscosity during the curing reaction slower than a monofunctional monomer having a high glass transition temperature of its homopolymer. By curing the ink composition containing a specific amount of a monofunctional monomer having a low glass transition temperature of the polymer, it is possible to secure a time for relaxing the curing shrinkage of the ink composition, and to achieve both rubber elasticity and dimensional stability. It is disclosed that a cured product is obtained.
しかしながら、立体的に光学造形する技術の適用用途が拡大し、さらなる改良が要求されている。即ち、造形する際の周囲の状況が多岐に亘ることから、個々の状況に応じた取扱い性(粘性)を有する硬化前の組成物が必要でありながら、一方で、当該組成物を硬化して得られる立体造形物はいずれにおいても強度がより強くなり、また、高温域においてもその強度を維持するような、三次元造形用の光硬化性組成物の開発が望まれている。 However, the application application of the technique for three-dimensionally optical shaping is expanded, and further improvement is required. That is, since the surrounding conditions at the time of shaping are diverse, while the composition before curing having the handling property (viscosity) corresponding to each situation is required, the composition is cured while Development of the photocurable composition for three-dimensional shaping | molding that the intensity | strength becomes stronger in any obtained and the intensity | strength is maintained also in a high temperature range is desired.
本発明は、粘度の調整が容易であり、かつ、高温下でも機械的強度に優れる立体造形物を提供することが可能な三次元造形用の光硬化性組成物、該組成物を用いる光造形物の製造方法、及び該製造方法により得られる光造形物に関する。 The present invention provides a photocurable composition for three-dimensional shaping, which is capable of providing a three-dimensional shaped article whose viscosity can be easily adjusted and which is excellent in mechanical strength even at high temperatures, and optical shaping using the composition The present invention relates to a method for producing an object, and a photofabricated product obtained by the method.
本発明は、下記〔1〕〜〔3〕に関する。
〔1〕 A)光硬化性樹脂前駆体、並びにB)数平均繊維径が0.5nm以上200nm以下であり、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及び/又はその改質物を含有する、三次元造形用の光硬化性組成物。
〔2〕 前記〔1〕記載の光硬化性組成物を光造形装置に用いることを特徴とする、光造形物の製造方法。
〔3〕 前記〔2〕に記載の製造方法により得られる光造形物。
The present invention relates to the following [1] to [3].
[1] A) A photocurable resin precursor, and B) A fine cellulose fiber having a number average fiber diameter of 0.5 nm to 200 nm and a carboxy group content of 0.1 mmol / g or more and / or a modification thereof A photocurable composition for three-dimensional shaping, comprising a texture.
[2] A method for producing an optically shaped article, comprising using the photocurable composition according to the above [1] for an optical shaping apparatus.
[3] A photofabricated object obtained by the method according to [2].
本発明の光硬化性組成物は、粘度の調整が容易でありながら、当該組成物を硬化して得られる立体造形物は高温下でも機械的強度に優れるという優れた効果を奏するものである。 The photocurable composition of the present invention exhibits an excellent effect that the three-dimensional object obtained by curing the composition has excellent mechanical strength even at high temperatures while the viscosity can be easily adjusted.
本発明の光硬化性組成物は、A)光硬化性樹脂前駆体、並びにB)数平均繊維径が0.5nm以上200nm以下であり、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及び/又はその改質物を含有することに特徴を有する。なお、本明細書において、かかる組成物を本発明の樹脂組成物と記載することもある。 The photocurable composition of the present invention is A) a photocurable resin precursor, and B) fine particles having a number average fiber diameter of 0.5 nm to 200 nm and a carboxy group content of 0.1 mmol / g or more. It is characterized in that it contains cellulose fiber and / or its modified product. In the present specification, such a composition may be described as the resin composition of the present invention.
一般に、硬化性樹脂組成物は樹脂前駆体の配合組成を変更すると、硬化前の組成物だけでなく、硬化後の造形物自体の物性も変動しやすいため、硬化前組成物と造形物のそれぞれに所望する物性を付与するために樹脂前駆体の種類や量を調整するのは容易ではない。一方、従来、組成物の増粘性や分散安定性を調整するために、高分子材料が用いられている。しかしながら、従来の高分子材料を配合した硬化性樹脂組成物は、硬化後の造形物の高温下での機械的強度が十分ではないものであった。そこで、本発明では、光硬化性樹脂前駆体を含有する系に、特定の微細セルロース繊維及び/又はその改質物を添加することで、硬化前組成物の粘性の調整が容易でありながら、硬化後の造形物が高温下での機械的強度を向上させることができることを見出した。その詳細な理由は不明であるが、従来のナノファイバーと呼ばれる繊維よりも更に微小な繊維径を有するセルロース繊維が分散することで、樹脂中での分散性が向上して粘性の調整が容易となり、また、当該微細セルロース繊維は熱に比較的強いことから、繊維同士が絡まり合い強度を発現するため高温領域での強度を向上させることが可能になると推定される。なお、本明細書において、「機械的強度」は後述の「貯蔵弾性率」により評価される特性のことを意味する。 Generally, when the curable resin composition changes the composition of the resin precursor, not only the composition before curing but also the physical properties of the shaped article itself after curing tends to fluctuate, so each of the composition before curing and the shaped article It is not easy to adjust the type and amount of the resin precursor in order to impart desired physical properties. On the other hand, conventionally, in order to adjust the viscosity and dispersion stability of the composition, a polymer material is used. However, the curable resin composition in which the conventional polymer material was blended had insufficient mechanical strength at high temperature of the shaped article after curing. Therefore, in the present invention, by adding a specific fine cellulose fiber and / or a modified product thereof to a system containing a photocurable resin precursor, it is easy to adjust the viscosity of the composition before curing while curing It has been found that the later shaped object can improve the mechanical strength under high temperature. Although the detailed reason is unknown, the dispersion in the resin is improved by the dispersion of the cellulose fiber having a fiber diameter smaller than that of the conventional nanofiber, so that the viscosity can be easily adjusted. Moreover, since the said fine cellulose fiber is comparatively strong to heat, it is estimated that it becomes possible to improve the intensity | strength in a high temperature area | region, in order that fiber may express intertwining strength. In addition, in this specification, "mechanical strength" means the thing of the characteristic evaluated by the below-mentioned "storage elastic modulus."
〔光硬化性組成物〕
[光硬化性樹脂前駆体]
本発明における光硬化性樹脂前駆体は、紫外線や電子線等の活性エネルギー線照射により、必要により光重合開始剤を用いて、重合反応が進行するものであれば特に限定はない。例えば、単量体(単官能単量体、多官能単量体)、反応性不飽和基を有するオリゴマー又は樹脂等を用いることができる。
[Photo-curable composition]
[Photo-curable resin precursor]
The photocurable resin precursor in the present invention is not particularly limited as long as the polymerization reaction proceeds by using a photopolymerization initiator if necessary by irradiation with active energy rays such as ultraviolet rays and electron beams. For example, a monomer (monofunctional monomer, polyfunctional monomer), an oligomer having a reactive unsaturated group, a resin, or the like can be used.
単官能単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸エステルなどの(メタ)アクリル系単量体、ビニルピロリドンなどのビニル系単量体、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレートなどの橋架環式炭化水素基を有する(メタ)アクリレートなどが挙げられる。多官能単量体には、2〜8程度の重合性基を有する多官能単量体が含まれ、2官能単量体としては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレートなどの橋架環式炭化水素基を有するジ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。3〜8官能単量体としては、例えば、グリセリントリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。本発明において、(メタ)アクリレートとは、メタクリル酸系化合物及びアクリル酸系化合物を含む。 Examples of monofunctional monomers include (meth) acrylic monomers such as (meth) acrylic acid ester, vinyl monomers such as vinylpyrrolidone, isobornyl (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate and the like. And (meth) acrylates having a bridged cyclic hydrocarbon group and the like. The polyfunctional monomers include polyfunctional monomers having a polymerizable group of about 2 to 8, and examples of the bifunctional monomers include ethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) And di) (meth) acrylates having a bridged cyclic hydrocarbon group such as acrylate). As a 3-8 functional monomer, glycerin tri (meth) acrylate etc. are mentioned, for example. In the present invention, (meth) acrylate includes methacrylic acid compounds and acrylic acid compounds.
反応性不飽和基を有するオリゴマー又は樹脂としては、ビスフェノールA−アルキレンオキサイド付加体の(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート(ビスフェノールA型エポキシ(メタ)アクリレート、ノボラック型エポキシ(メタ)アクリレートなど)、ポリエステル(メタ)アクリレート(例えば、脂肪族ポリエステル型(メタ)アクリレート、芳香族ポリエステル型(メタ)アクリレートなど)、ウレタン(メタ)アクリレート(ポリエステル型ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエーテル型ウレタン(メタ)アクリレートなど)、シリコーン(メタ)アクリレートなどが例示でき、なかでも、アクリル系樹脂、(メタ)クリル系樹脂、及びエポキシ系樹脂からなる群より選ばれる1種又は2種以上が好ましい。これらのオリゴマー又は樹脂は、前記単量体と共に用いても良い。 As an oligomer or resin having a reactive unsaturated group, (meth) acrylate of bisphenol A-alkylene oxide adduct, epoxy (meth) acrylate (bisphenol A epoxy (meth) acrylate, novolac epoxy (meth) acrylate, etc.) , Polyester (meth) acrylate (eg, aliphatic polyester type (meth) acrylate, aromatic polyester type (meth) acrylate, etc.), urethane (meth) acrylate (polyester type urethane (meth) acrylate, polyether type urethane (meth) Acrylate and the like), silicone (meth) acrylate and the like can be exemplified. Among them, one or more selected from the group consisting of an acrylic resin, a (meth) acrylic resin, and an epoxy resin is preferable. These oligomers or resins may be used together with the monomers.
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、組み合わせる場合は、その組成は適宜調整することができる。 These can be used alone or in combination of two or more, and when combined, the composition can be appropriately adjusted.
また、これらは、公知の方法に従って調製したものを用いてもよく、市販品を用いてもよい。本発明において、好適な市販品としては、例えば、OBJET FULLCURE720(ストラタシス社製、アクリル酸系樹脂)、SCR774、SCR11120、SCR780、SCR780C(いずれも、ディーメック社製、エポキシ系樹脂)を用いることができる。 Moreover, these may use what was prepared according to the well-known method, and may use a commercial item. In the present invention, for example, OBJET FULL CURE 720 (manufactured by Stratasys, acrylic resin), SCR 774, SCR 11120, SCR 780, and SCR 780 C (all of which are manufactured by DIMEC, epoxy resin) may be used as suitable commercial products. it can.
[微細セルロース繊維又はその改質物]
本発明で用いられる微細セルロース繊維又はその改質物としては、公知の微細セルロース繊維、当該微細セルロース繊維に修飾基が導入された微細セルロース繊維改質物が挙げられる。なお、本明細書において、微細セルロース繊維に修飾基が導入されているとは、微細セルロース繊維表面のカルボキシ基に修飾基がイオン結合及び/又はアミド結合によって結合している状態のことを意味する。より詳しくは、微細セルロース繊維のカルボキシ基が脱プロトン化したところに、修飾基を有するアミンがイオン結合した状態、あるいは、アミド基の炭素原子が微細セルロース繊維のセルロース骨格に共有結合し、窒素原子に直接にあるいは連結基を介して修飾基が共有結合した状態を意味する。
[Fine cellulose fiber or its modified product]
Examples of the fine cellulose fiber or its modified product used in the present invention include known fine cellulose fibers and fine cellulose fiber modified products in which a modifying group is introduced into the fine cellulose fiber. In the present specification, that a modifying group is introduced into the fine cellulose fiber means that the modifying group is bound to the carboxy group on the surface of the fine cellulose fiber by an ionic bond and / or an amide bond. . More specifically, a state in which an amine having a modifying group is ionically bonded to the deprotonated carboxy group of the fine cellulose fiber, or a carbon atom of an amide group is covalently bonded to the cellulose skeleton of the fine cellulose fiber Directly or via a linking group.
<微細セルロース繊維>
(数平均繊維径)
本発明における微細セルロース繊維は、数平均繊維径が0.5nm以上200nm以下であるが、均一な繊維径を持つ微細セルロース繊維を造形物中に分散させる観点から、好ましくは0.8nm以上、より好ましくは1.0nm以上である。また、取扱い性及び造形物の強度発現の観点から、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、より更に好ましくは5nm以下である。なお、本明細書において、セルロース繊維の数平均繊維径は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定することができ、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。
<Fine cellulose fiber>
(Number average fiber diameter)
The fine cellulose fiber in the present invention has a number average fiber diameter of 0.5 nm or more and 200 nm or less, preferably from 0.8 nm or more, more preferably from the viewpoint of dispersing the fine cellulose fiber having a uniform fiber diameter in a shaped article. Preferably, it is 1.0 nm or more. Further, from the viewpoint of handleability and strength development of a shaped product, it is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, still more preferably 20 nm or less, still more preferably 10 nm or less, still more preferably 5 nm or less. In addition, in this specification, the number average fiber diameter of a cellulose fiber can be measured using an atomic force microscope (AFM), and is specifically measured by the method as described in the below-mentioned Example. In general, the smallest unit of cellulose nanofibers prepared from higher plants is packed with 6 × 6 molecular chains in a substantially square shape, so consider the height analyzed in the image by AFM as the width of the fiber Can.
(カルボキシ基含有量)
本発明におけ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、樹脂組成物での分散性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、取扱い性及びコストの観点から、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以下である。本発明で用いられる微細セルロース繊維に、カルボキシ基含有量がかかる範囲外である微細セルロース繊維が、意図せずに不純物として含まれることもあり得る。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。
(Carboxyl group content)
The fine cellulose fiber in the present invention has a carboxy group content of 0.1 mmol / g or more, but is preferably 0.4 mmol / g or more, more preferably from the viewpoint of dispersibility in the resin composition and introduction of a modifying group. It is 0.6 mmol / g or more, more preferably 0.8 mmol / g or more. Also, from the viewpoint of handleability and cost, it is preferably 3 mmol / g or less, more preferably 2 mmol / g or less, and still more preferably 1.8 mmol / g or less. Fine cellulose fibers having a carboxy group content outside the above range may be unintentionally contained as impurities in the fine cellulose fibers used in the present invention. In addition, "carboxy group content" means the total amount of the carboxy group in the cellulose which comprises a fine cellulose fiber, and, specifically, it measures by the method as described in the below-mentioned Example.
(平均アスペクト比)
また、本発明における微細セルロース繊維は、平均アスペクト比(繊維長/繊維径)が、造形物の強度発現の観点から、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30以上である。また、取扱い性の観点から、好ましくは1000以下、より好ましくは800以下、更に好ましくは600以下、更に好ましくは400以下である。平均アスペクト比が上記範囲にある微細セルロース繊維は、樹脂前駆体に配合した際に組成物中での分散性に優れ、機械的強度が高く、脆性破壊し難い組成物が得られる。なお、本明細書において、なお、本明細書において、平均アスペクト比は、分散液中のセルロース繊維濃度と分散液の水に対する比粘度との関係から、下記式(1)によりセルロース繊維のアスペクト比を逆算して求める。なお、下記式(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(セルロース繊維断面は正方形とする)、ρはセルロース繊維の濃度(kg/m3)、Mは分子量、NAはアボガドロ数を表す〕から導き出されるものである。また、上記の粘度式(8.138)において、剛直棒状分子をセルロース繊維とする。下記式(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。
(Average aspect ratio)
Further, the fine cellulose fiber in the present invention has an average aspect ratio (fiber length / fiber diameter) of preferably 10 or more, more preferably 20 or more, and still more preferably 30 or more from the viewpoint of strength development of a shaped article. Also, from the viewpoint of handleability, it is preferably 1000 or less, more preferably 800 or less, still more preferably 600 or less, and still more preferably 400 or less. The fine cellulose fiber having an average aspect ratio in the above range is excellent in the dispersibility in the composition when blended into a resin precursor, has a high mechanical strength, and can obtain a composition which is less likely to cause brittle fracture. In the present specification, in the present specification, the average aspect ratio is the aspect ratio of cellulose fibers according to the following formula (1) from the relationship between the concentration of cellulose fibers in the dispersion and the specific viscosity of the dispersion to water. Calculate back In addition, following formula (1) is the The Theory of Polymer Dynamics, M. DOI and D. F. The relationship between the viscosity equation (8.138) of a rigid rod molecule described in EDWARDS, CLARENDON PRESS OXFORD, 1986, P. 312 and Lb 2 × ρ = M / N A , wherein L is the fiber length and b is the fiber width (The cellulose fiber cross section is square), ρ is the concentration of cellulose fiber (kg / m 3 ), M is the molecular weight, and N A is the Avogadro number. In the above viscosity formula (8.138), the rigid rod-like molecule is cellulose fiber. In the following formula (1), η SP is a specific viscosity, π is a circle ratio, ln is a natural logarithm, P is an aspect ratio (L / b), γ = 0.8, and S S is a density of the dispersion medium (kg / m 3 ), ρ 0 is the density of cellulose crystals (kg / m 3 ), and C is the mass concentration of cellulose (C = ρ / ρ S ).
(結晶化度)
微細セルロース繊維の結晶化度は、造形物の強度発現の観点から、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、コストの観点から、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。
(Degree of crystallinity)
The degree of crystallization of the fine cellulose fiber is preferably 30% or more, more preferably 35% or more, still more preferably 40% or more, still more preferably 45% or more, from the viewpoint of strength development of the shaped article. Further, from the viewpoint of cost, it is preferably 95% or less, more preferably 90% or less, further preferably 85% or less, and still more preferably 80% or less. In addition, in this specification, the crystallinity degree of a cellulose is a cellulose I-type crystallinity degree calculated by the Segal method from the diffraction intensity value by X-ray diffraction method, and is defined by the following formula (A).
Cellulose type I crystallinity (%) = [(I22.6−I18.5) /I22.6] × 100 (A)
[Wherein, I22.6 is the diffraction intensity of the grating surface (002 plane) (diffraction angle 2θ = 22.6 °) in X-ray diffraction, I18.5 is the amorphous part (diffraction angle 2θ = 18.5 °) Indicates the diffraction intensity of
In addition, cellulose I type is a crystal form of natural cellulose, and cellulose I type crystallinity means the ratio for which the amount of the crystal region occupies in the whole cellulose.
<微細セルロース繊維の改質物(微細セルロース繊維複合体)>
本発明で用いられる微細セルロース繊維の改質物は、上記の微細セルロース繊維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を選択して、修飾基を有するアミンをイオン結合及び/又はアミド結合させることにより得られる。なお、本明細書において、微細セルロース繊維の改質物のことを、微細セルロース繊維複合体と記載することもある。
<Modified product of fine cellulose fiber (fine cellulose fiber composite)>
Although the modified product of the fine cellulose fiber used in the present invention shows that the above-mentioned fine cellulose fiber surface has a modifying group bonded thereto, for example, it selects the carboxy group already existing on the fine cellulose fiber surface Thus, it can be obtained by ionically bonding and / or amide bonding an amine having a modifying group. In the present specification, the modified product of fine cellulose fibers may be described as a fine cellulose fiber composite.
(修飾基を有するアミン)
修飾基を有するアミンとしては、後述の修飾基を有するものであればよく、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級アンモニウムカチオンのいずれでもよいが、反応性の観点から、第1級アミン又は第2級アミン又は第4級アンモニウムカチオンが好ましく、第1級アミン又は第4級アンモニウムカチオンがより好ましく、第1級アミンが更に好ましい。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が、反応性の観点から、第1級アミンが好ましい。
(Amine having a modifying group)
As the amine having a modifying group, any one having a modifying group described later may be used, and in the case of ionic bonding, any of a primary amine, a secondary amine, a tertiary amine and a quaternary ammonium cation may be used. However, from the viewpoint of reactivity, primary amines or secondary amines or quaternary ammonium cations are preferred, primary amines or quaternary ammonium cations are more preferred, and primary amines are even more preferred. In the case of an amide bond, any of primary amines and secondary amines may be used, but from the viewpoint of reactivity, primary amines are preferable.
本発明における修飾基としては、造形物の強度を向上させる観点から、炭化水素基、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。これらは単独で又は2種以上が組み合わさって微細セルロース繊維に導入されてもよい。 From the viewpoint of improving the strength of a shaped article, a hydrocarbon group, an ethylene oxide / propylene oxide (EO / PO) copolymer, or the like can be used as the modifying group in the present invention. These may be introduced into the fine cellulose fiber singly or in combination of two or more.
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。 The hydrocarbon group includes, for example, a chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, and an aromatic hydrocarbon group, and from the viewpoint of suppressing side reactions and stability From the viewpoint, a chain saturated hydrocarbon group, a cyclic saturated hydrocarbon group, and an aromatic hydrocarbon group are preferable.
鎖式飽和炭化水素基は、直鎖状又は分岐状であってもよい。鎖式飽和炭化水素基の炭素数は、造形物の強度を向上させる観点から、1以上が好ましく、2以上がより好ましく、3以上が更に好ましい。また、同様の観点から、30以下が好ましく、18以下がより好ましい。 The chain saturated hydrocarbon group may be linear or branched. The carbon number of the chain saturated hydrocarbon group is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, and still more preferably 3 or more, from the viewpoint of improving the strength of the shaped article. Moreover, from the same viewpoint, 30 or less is preferable and 18 or less is more preferable.
鎖式飽和炭化水素基の具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert-ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、tert-ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、オクタデシル基、ドコシル基、オクタコサニル基等が挙げられ、造形物の強度を向上させる観点から、好ましくはプロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert-ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、tert-ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、オクタデシル基、ドコシル基、オクタコサニル基であり、より好ましくはプロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert-ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、tert-ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、オクタデシル基である。これらは、単独で又は2種以上が任意の割合でそれぞれ導入されていてもよい。 Specific examples of the chain saturated hydrocarbon group include, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, isobutyl group, pentyl group, tert-pentyl group, Examples include isopentyl group, hexyl group, isohexyl group, heptyl group, octyl group, 2-ethylhexyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, octadecyl group, docosyl group, octacosanyl group, etc. From the viewpoint of improving the strength of the polymer, preferably propyl, isopropyl, butyl, sec-butyl, tert-butyl, isobutyl, pentyl, tert-pentyl, isopentyl, hexyl, isohexyl, heptyl Group, octyl group, 2-ethylhexyl group, nonyl group, decyl Group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, octadecyl group, docosyl group, octacosanyl group, more preferably propyl group, isopropyl group, butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, isobutyl group, pentyl group, tert-pentyl, isopentyl, hexyl, isohexyl, heptyl, octyl, 2-ethylhexyl, nonyl, decyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl and octadecyl. These may be introduced singly or in combination of two or more in any proportion.
鎖式不飽和炭化水素基は、直鎖状又は分岐状であってもよい。鎖式不飽和炭化水素基の炭素数は、取扱い性の観点から、1以上が好ましく、2以上がより好ましく、3以上が更に好ましい。また、入手容易性の観点から、30以下が好ましく、18以下がより好ましい。 The chain unsaturated hydrocarbon group may be linear or branched. The carbon number of the chain unsaturated hydrocarbon group is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, and still more preferably 3 or more from the viewpoint of handleability. Moreover, from a viewpoint of availability, 30 or less is preferable and 18 or less is more preferable.
鎖式不飽和炭化水素基の具体例としては、例えば、エチレン基、プロピレン基、ブテン基、イソブテン基、イソプレン基、ペンテン基、ヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、ノネン基、デセン基、ドデセン基、トリデセン基、テトラデセン基、オクタデセン基が挙げられ、前駆体との親和性の観点から、好ましくはエチレン基、プロピレン基、ブテン基、イソブテン基、イソプレン基、ペンテン基、ヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、ノネン基、デセン基、ドデセン基であり、より好ましくはヘキセン基、ヘプテン基、オクテン基、ノネン基、デセン基、ドデセン基である。これらは、単独で又は2種以上が任意の割合でそれぞれ導入されていてもよい。 Specific examples of the chain unsaturated hydrocarbon group include, for example, ethylene group, propylene group, butene group, isobutene group, isoprene group, pentene group, hexene group, heptene group, octene group, octene group, nonene group, decene group, dodecene group And tridecene group, tetradecene group and octadecene group, and from the viewpoint of affinity with the precursor, preferably ethylene group, propylene group, butene group, isobutene group, isoprene group, penten group, hexene group, heptene group, octene group And a nonene group, a decene group and a dodecene group, more preferably a hexene group, a heptene group, an octene group, a nonene group, a decene group and a dodecene group. These may be introduced singly or in combination of two or more in any proportion.
環式飽和炭化水素基の炭素数は、取扱い性の観点から、3以上が好ましく、4以上がより好ましく、5以上が更に好ましい。また、入手容易性の観点から、20以下が好ましく、16以下がより好ましい。 The carbon number of the cyclic saturated hydrocarbon group is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and still more preferably 5 or more from the viewpoint of handleability. Also, from the viewpoint of easy availability, 20 or less is preferable, and 16 or less is more preferable.
環式飽和炭化水素基の具体例としては、例えば、シクロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンタン基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロドデシル基、シクロトリデシル基、シクロテトラデシル基、シクロオクタデシル基等が挙げられ、前駆体との親和性の観点から、好ましくはシクロプロパン基、シクロブチル基、シクロペンタン基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロドデシル基であり、より好ましくはシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロドデシル基である。これらは、単独で又は2種以上が任意の割合でそれぞれ導入されていてもよい。 Specific examples of the cyclic saturated hydrocarbon group include, for example, cyclopropane group, cyclobutyl group, cyclopentane group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, cyclononyl group, cyclodecyl group, cyclododecyl group, cyclotridecyl group And cyclotetradecyl group, cyclooctadecyl group and the like, and from the viewpoint of affinity with the precursor, preferably cyclopropane group, cyclobutyl group, cyclopentane group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, cyclooctyl group, cyclononyl group And a cyclodecyl group and a cyclododecyl group, more preferably a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group, a cyclononyl group, a cyclodecyl group and a cyclododecyl group. These may be introduced singly or in combination of two or more in any proportion.
芳香族炭化水素基としては、例えば、アリール基及びアラルキル基からなる群より選ばれる。アリール基及びアラルキル基としては、芳香族環そのものが置換されたものでも非置換のものであってもよい。 The aromatic hydrocarbon group is selected, for example, from the group consisting of an aryl group and an aralkyl group. The aryl group and the aralkyl group may be those in which the aromatic ring itself is substituted or unsubstituted.
前記アリール基の総炭素数は6以上であればよく、前駆体との親和性の観点から、好ましくは24以下、より好ましくは20以下、更に好ましくは14以下、更に好ましくは12以下、更に好ましくは10以下である。 The total carbon number of the aryl group may be 6 or more, preferably 24 or less, more preferably 20 or less, still more preferably 14 or less, still more preferably 12 or less, from the viewpoint of the affinity with the precursor Is 10 or less.
前記アラルキル基の総炭素数は7以上であり、前駆体との親和性の観点から、好ましくは8以上であり、また、同様の観点から、好ましくは24以下、より好ましくは20以下、更に好ましくは14以下、更に好ましくは13以下、更に好ましくは11以下である。 The total carbon number of the aralkyl group is 7 or more, preferably 8 or more from the viewpoint of affinity with the precursor, and preferably 24 or less, more preferably 20 or less, more preferably from the same viewpoint. Is 14 or less, more preferably 13 or less, and still more preferably 11 or less.
アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基、トリフェニル基、ターフェニル基、及びこれらの基が後述する置換基で置換された基が挙げられ、これらは1種単独で又は2種以上が任意の割合でそれぞれ導入されていてもよい。なかでも、前駆体との親和性の観点から、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。 Examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a biphenyl group, a triphenyl group, a terphenyl group, and a group in which these groups are substituted with a substituent described later. One species alone or two or more species may be introduced at any ratio. Among them, from the viewpoint of the affinity to the precursor, a phenyl group, a biphenyl group and a terphenyl group are preferable, and a phenyl group is more preferable.
アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルペンチル基、フェニルヘキシル基、フェニルヘプチル基、フェニルオクチル基、及びこれらの基の芳香族基が後述する置換基で置換された基などが挙げられ、これらは1種単独で又は2種以上が任意の割合でそれぞれ導入されていてもよい。なかでも、前駆体との親和性の観点から、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルペンチル基、フェニルヘキシル基、フェニルヘプチル基が好ましく、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルペンチル基、フェニルヘキシル基がより好ましく、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルペンチル基が更に好ましい。 As the aralkyl group, for example, a benzyl group, a phenethyl group, a phenylpropyl group, a phenylpentyl group, a phenylhexyl group, a phenylheptyl group, a phenyloctyl group, and an aromatic group of these groups are substituted by a substituent described later And the like, and these may be introduced singly or in combination of two or more at an arbitrary ratio. Among them, from the viewpoint of affinity with the precursor, benzyl group, phenethyl group, phenylpropyl group, phenylpentyl group, phenylhexyl group, phenylheptyl group is preferable, and benzyl group, phenethyl group, phenylpropyl group, phenylpentyl group A phenylhexyl group is more preferable, and a benzyl group, a phenethyl group, a phenylpropyl group and a phenylpentyl group are more preferable.
前記炭化水素基を有するアミンは、公知の方法に従って調製することができる。また、市販品を用いてもよく、鎖式飽和炭化水素基を有するアミンとしては、例えば、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert-ブチルアミン、イソブチルアミン、ペンチルアミン、tert-ペンチルアミン、イソペンチルアミン、ヘキシルアミン、イソヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、オクタデシルアミン、ドコシルアミン、オクタコサニルアミンを用いることができる。鎖式不飽和炭化水素基を有するアミンとしては、エチレンアミン、プロピレンアミン、ブテンアミン、イソブテンアミン、イソプレンアミン、ペンテンアミン、ヘキセンアミン、ヘプテンアミン、オクテンアミン、ノネンアミン、デセンアミン、ドデセンアミンを用いることができる。環式飽和炭化水素基を有するアミンとしては、シクロプロパンアミン、シクロブチルアミン、シクロペンタンアミン、シクロヘキシルアミン、シクロヘプチルアミン、シクロオクチルアミン、シクロノニルアミン、シクロデシルアミン、シクロドデシルアミンを用いることができる。芳香族炭化水素基を有するアミンとしては、例えば、アニリン、4−ビフェニリルアミン、ジフェニルアミン、2−アミノナフタレン、p−テルフェニルアミン、2−アミノアントラセン、2-アミノアントラキノン、ベンジルアミン、フェネチルアミン、3−フェニルプロピルアミン、5−フェニルペンチルアミン、6−フェニルヘキシルアミン、7−フェニルヘプチルアミン、8−フェニルオクチルアミンを用いることができる。また、第4級アルキルアンモニウムカチオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムクロライド、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジラウリルジメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライドを用いることが出来る。 The amine having a hydrocarbon group can be prepared according to known methods. Commercially available products may be used, and as the amine having a chain saturated hydrocarbon group, for example, propylamine, isopropylamine, butylamine, sec-butylamine, tert-butylamine, isobutylamine, pentylamine, tert-pentylamine , Isopentylamine, hexylamine, isohexylamine, heptylamine, octylamine, 2-ethylhexylamine, nonylamine, nonylamine, decylamine, dodecylamine, tridecylamine, tetradecylamine, octadecylamine, docosylamine, octacosanylamine Can. As the amine having a chain unsaturated hydrocarbon group, ethyleneamine, propyleneamine, buteneamine, isobuteneamine, isopreneamine, penteneamine, hexenamine, heptenamine, octeneamine, noneneamine, decenamine, dodecenamine can be used. As the amine having a cyclic saturated hydrocarbon group, cyclopropanamine, cyclobutylamine, cyclopentaneamine, cyclohexylamine, cycloheptylamine, cyclooctylamine, cyclononylamine, cyclodecylamine and cyclododecylamine can be used. . Examples of the amine having an aromatic hydrocarbon group include aniline, 4-biphenylylamine, diphenylamine, 2-aminonaphthalene, p-terphenylamine, 2-aminoanthracene, 2-aminoanthraquinone, benzylamine, phenethylamine, -Phenylpropylamine, 5-phenylpentylamine, 6-phenylhexylamine, 7-phenylheptylamine, 8-phenyloctylamine can be used. Also, as the quaternary alkyl ammonium cation, for example, tetramethyl ammonium hydroxide, tetraethyl ammonium hydroxide, tetraethyl ammonium chloride, tetrabutyl ammonium hydroxide, tetrapropyl ammonium hydroxide, tetrabutyl ammonium chloride, lauryl trimethyl ammonium chloride, Dilauryldimethyl ammonium chloride, stearyl trimethyl ammonium chloride, distearyl dimethyl ammonium chloride, cetyl trimethyl ammonium chloride, alkyl benzyl dimethyl ammonium chloride can be used.
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(mmol/g)は、鎖式飽和炭化水素基、鎖式不飽和炭化水素基、及び環式飽和炭化水素基については、前記微細セルロース繊維に対して、炭化水素基の結合量の制御が容易であることから、好ましくは0.001mmol/g以上、より好ましくは0.005mmol/g以上、更に好ましくは0.01mmol/g以上である。また、反応性の観点から、好ましくは3mmol/g以下、より好ましくは2mmol/g以下である。また、芳香族炭化水素基については、炭化水素基の平均結合量は、造形物の強度の観点から、好ましくは0.1mmol/g以上、より好ましくは0.2mmol/g以上、更に好ましくは0.5mmol/g以上である。また、反応性の観点から、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1.5mmol/g以下である。ここで、鎖式飽和炭化水素基、鎖式不飽和炭化水素基、及び環式飽和炭化水素基から選ばれる炭化水素基と、芳香族炭化水素基とが同時に導入されている場合であっても、個々の平均結合量は前記範囲内であることが好ましい。 The average bonding amount (mmol / g) of hydrocarbon groups in the fine cellulose fiber composite is the chained saturated hydrocarbon group, the chain unsaturated hydrocarbon group, and the cyclic saturated hydrocarbon group, for the fine cellulose fiber. On the other hand, it is preferably 0.001 mmol / g or more, more preferably 0.005 mmol / g or more, and still more preferably 0.01 mmol / g or more because control of the bonding amount of the hydrocarbon group is easy. Also, from the viewpoint of reactivity, it is preferably 3 mmol / g or less, more preferably 2 mmol / g or less. With regard to the aromatic hydrocarbon group, the average bonding amount of the hydrocarbon group is preferably 0.1 mmol / g or more, more preferably 0.2 mmol / g or more, still more preferably 0 from the viewpoint of the strength of the shaped product. .5 mmol / g or more. Also, from the viewpoint of reactivity, it is preferably 3 mmol / g or less, more preferably 2 mmol / g or less, and still more preferably 1.5 mmol / g or less. Here, even when a hydrocarbon group selected from a chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, and a cyclic saturated hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group are simultaneously introduced. The average binding amount of each is preferably within the above range.
また、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(質量部)は、鎖式飽和炭化水素基、鎖式不飽和炭化水素基、及び環式飽和炭化水素基については、前記微細セルロース繊維100質量部に対して、炭化水素基の結合量の制御が容易であることから、好ましくは10質量部以上、より好ましくは15質量部以上、更に好ましくは20質量部以上である。また、反応性の観点から、好ましくは50質量部以下、より好ましくは45質量部以下、更に好ましくは40質量部以下である。また、芳香族炭化水素基については、炭化水素基の平均結合量は、造形物の強度の観点から、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上である。また、反応性の観点から、好ましくは40質量部以下、より好ましくは35質量部以下、更に好ましくは30質量部以下である。ここで、鎖式飽和炭化水素基、鎖式不飽和炭化水素基、及び環式飽和炭化水素基から選ばれる炭化水素基と、芳香族炭化水素基とが同時に導入されている場合であっても、個々の平均結合量は前記範囲内であることが好ましい。 In addition, the average bonding amount (parts by mass) of hydrocarbon groups in the fine cellulose fiber composite is the above-mentioned fine cellulose fiber for the chain saturated hydrocarbon group, the chain unsaturated hydrocarbon group, and the cyclic saturated hydrocarbon group. The amount is preferably 10 parts by mass or more, more preferably 15 parts by mass or more, and still more preferably 20 parts by mass or more based on 100 parts by mass because control of the bonding amount of hydrocarbon groups is easy. Also, from the viewpoint of reactivity, it is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 45 parts by mass or less, and still more preferably 40 parts by mass or less. In addition, with respect to the aromatic hydrocarbon group, the average bonding amount of the hydrocarbon group is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 10 parts by mass or more from the viewpoint of the strength of the shaped article. Also, from the viewpoint of reactivity, it is preferably 40 parts by mass or less, more preferably 35 parts by mass or less, and still more preferably 30 parts by mass or less. Here, even when a hydrocarbon group selected from a chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, and a cyclic saturated hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group are simultaneously introduced. The average binding amount of each is preferably within the above range.
また同様に、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(質量%)は、鎖式飽和炭化水素基、鎖式不飽和炭化水素基、及び環式飽和炭化水素基については、炭化水素基の結合量の制御が容易であることから、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上、更に好ましくは20質量%以上である。また、反応性の観点から、好ましくは50質量%以下、より好ましくは45質量%以下、更に好ましくは40質量%以下である。また、芳香族炭化水素基については、炭化水素基の平均結合量は、造形物の強度の観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上である。また、反応性の観点から、好ましくは40質量%以下、より好ましくは35質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。ここで、鎖式飽和炭化水素基、鎖式不飽和炭化水素基、及び環式飽和炭化水素基から選ばれる炭化水素基と、芳香族炭化水素基とが同時に導入されている場合であっても、個々の平均結合量は前記範囲内であることが好ましい。 Similarly, the average bonding amount (mass%) of the hydrocarbon group in the fine cellulose fiber composite is a chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, and a cyclic saturated hydrocarbon group. The amount is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and still more preferably 20% by mass or more because control of the amount of bonding of groups is easy. Also, from the viewpoint of reactivity, it is preferably 50% by mass or less, more preferably 45% by mass or less, and still more preferably 40% by mass or less. In addition, with respect to the aromatic hydrocarbon group, the average bonding amount of the hydrocarbon group is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more from the viewpoint of the strength of the shaped article. In addition, from the viewpoint of reactivity, the content is preferably 40% by mass or less, more preferably 35% by mass or less, and still more preferably 30% by mass or less. Here, even when a hydrocarbon group selected from a chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, and a cyclic saturated hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group are simultaneously introduced. The average binding amount of each is preferably within the above range.
また、炭化水素基の導入率は、鎖式飽和炭化水素基、鎖式不飽和炭化水素基、及び環式飽和炭化水素基については、得られる造形物の強度の観点から、好ましくは10%以上、より好ましくは30%以上、更に好ましくは50%以上、更に好ましくは60%以上、更に好ましくは70%以上であり、反応性の観点から、好ましくは99%以下、より好ましくは97%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、芳香族炭化水素基については、炭化水素基の導入率は、機械的強度に優れる造形物を得る観点から、好ましくは10%以上、より好ましくは30%以上、更に好ましくは50%以上、更に好ましくは60%以上、更に好ましくは70%以上、更に好ましくは80%以上であり、反応性の観点から、好ましくは99%以下、より好ましくは97%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。ここで、鎖式飽和炭化水素基、鎖式不飽和炭化水素基、及び環式飽和炭化水素基から選ばれる炭化水素基と、芳香族炭化水素基とが同時に導入されている場合には、導入率の合計が上限の100%を超えない範囲において、前記範囲内となることが好ましい。 In addition, with respect to the chain saturated hydrocarbon group, the chain unsaturated hydrocarbon group, and the cyclic saturated hydrocarbon group, the introduction rate of the hydrocarbon group is preferably 10% or more from the viewpoint of the strength of the obtained molded product. More preferably, it is 30% or more, more preferably 50% or more, further preferably 60% or more, further preferably 70% or more, and from the viewpoint of reactivity, preferably 99% or less, more preferably 97% or less. More preferably, it is 95% or less, more preferably 90% or less. Further, with regard to the aromatic hydrocarbon group, the introduction rate of the hydrocarbon group is preferably 10% or more, more preferably 30% or more, and still more preferably 50% or more, from the viewpoint of obtaining a shaped article excellent in mechanical strength. It is more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, still more preferably 80% or more, and from the viewpoint of reactivity, preferably 99% or less, more preferably 97% or less, still more preferably 95% or less Preferably it is 90% or less. Here, when a hydrocarbon group selected from a chain saturated hydrocarbon group, a chain unsaturated hydrocarbon group, and a cyclic saturated hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group are simultaneously introduced, introduction is carried out. It is preferable that the sum of the ratios falls within the above range as long as it does not exceed 100% of the upper limit.
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。 The EO / PO copolymerized part means a structure in which ethylene oxide (EO) and propylene oxide (PO) are randomly or block-polymerized. For example, when an amine having an EO / PO copolymer part is represented by the formula (i) described later, ethylene oxide (EO) and propylene oxide (PO) form a chain structure of random or block, but the amine (EO) a (PO) b, (EO) c (PO) d, and (EO) e (PO) f are chained when the amine having the structure represented by the formula (ii) described later is It does not have to be
EO/PO共重合部中のPOの含有率(モル%)は、造形物の強度の観点から、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、同様の観点から、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。なお、POの含有率が100モル%とは、EO/PO共重合部がPOのみで構成されているものであり、本発明においてはPO重合部が導入されていても構わない。 The content (mol%) of PO in the EO / PO copolymer part is preferably 1 mol% or more, more preferably 5 mol% or more, still more preferably 7 mol% or more, from the viewpoint of the strength of the shaped product. The amount is preferably 10 mol% or more, and from the same viewpoint, preferably 100 mol% or less, more preferably 90 mol% or less, still more preferably 85 mol% or less, still more preferably 75 mol% or less, still more preferably 60 mol % Or less, more preferably 50 mol% or less, still more preferably 40 mol% or less, still more preferably 30 mol% or less. The PO content of 100 mol% means that the EO / PO copolymerized part is composed only of PO, and in the present invention, the PO polymerized part may be introduced.
EO/PO共重合部の分子量は、前駆体への分散性及び造形物の強度の観点から、好ましくは700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、造形物の強度の観点から、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。例えば、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の合計の分子量を、EO/PO共重合部の分子量とする。EO/PO共重合部中のPOの含有率(モル%)、EO/PO共重合部の分子量は、アミンを製造する際の平均付加モル数から計算して求めることができる。 The molecular weight of the EO / PO copolymer part is preferably 700 or more, more preferably 1,000 or more, still more preferably 1,500 or more from the viewpoint of the dispersibility in the precursor and the strength of the shaped article, the shaped article From the viewpoint of strength, preferably 10,000 or less, more preferably 7,000 or less, still more preferably 5,000 or less, still more preferably 4,000 or less, still more preferably 3,500 or less, more preferably 2, It is 500 or less. For example, when it is an amine having a structure represented by the formula (ii) described later, the total molecular weight of (EO) a (PO) b + (EO) c (PO) d + (EO) e (PO) f is And the molecular weight of the EO / PO copolymer part. The content (mol%) of PO in the EO / PO copolymer part and the molecular weight of the EO / PO copolymer part can be calculated from the average added mole number at the time of producing the amine.
EO/PO共重合部とアミンとは、直接に又は連結基を介して結合しているものが好ましい。連結基としては炭化水素基が好ましく、炭素数が好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3のアルキレン基が用いられる。例えば、エチレン基、プロピレン基が好ましい。 The EO / PO copolymer and the amine are preferably bonded directly or via a linking group. The linking group is preferably a hydrocarbon group, and an alkylene group having a carbon number of preferably 1 to 6, more preferably 1 to 3 is used. For example, ethylene and propylene are preferred.
かかるEO/PO共重合部を有するアミンとしては、例えば、下記式(i): Examples of the amine having such an EO / PO copolymerized part include the following formula (i):
〔式中、R1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、−CH2CH(CH3)NH2基、又は下記式(ii)で表される基を示し、EO及び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〕
で表される化合物が挙げられる。
[Wherein, R 1 represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a —CH 2 CH (CH 3 ) NH 2 group, or a group represented by the following formula (ii) , EO and PO exist in random or block, a is a positive number indicating the average addition mole number of EO, b is a positive number indicating the average addition mole number of PO]
The compound represented by these is mentioned.
式(ii): Formula (ii):
〔式中、nは0又は1であり、R2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〕 [Wherein, n is 0 or 1, R 2 is a phenyl group, a hydrogen atom, or a linear or branched alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and EO and PO are present in random or block] , C and e indicate the average addition mole number of EO, are independently a number of 0 to 50, d and f indicate the average addition mole number of PO, and are independently a number of 1 to 50.
式(i)におけるaはEOの平均付加モル数を示し、造形物の強度の観点から、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、同様の観点から、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。 A in the formula (i) represents the average added mole number of EO, and preferably 11 or more, more preferably 15 or more, still more preferably 20 or more, still more preferably 25 or more, still more preferably from the viewpoint of the strength of the shaped article It is 30 or more, and from the same viewpoint, preferably 100 or less, more preferably 70 or less, still more preferably 60 or less, further preferably 50 or less, further preferably 40 or less.
式(i)におけるbはPOの平均付加モル数を示し、造形物の強度の観点から、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは3以上であり、同様の観点から、好ましくは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以下である。 B in formula (i) represents the average addition mole number of PO, and is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, still more preferably 3 or more from the viewpoint of the strength of the shaped article, and from the same viewpoint, preferably It is 50 or less, more preferably 40 or less, further preferably 30 or less, further preferably 25 or less, further preferably 20 or less, further preferably 15 or less.
また、EO/PO共重合部中のPOの含有率(モル%)は、アミンが前記式(i)で表される場合は、前記aとbより、共重合部におけるPOの含有率を計算することが可能であり、式:b×100/(a+b)より求めることができ、アミンが前記式(i)及び式(ii)で表される場合は、同様に、式:(b+d+f)×100/(a+b+c+d+e+f)より求めることができる。好ましい範囲は、前述のとおりである。 In addition, when the amine is represented by the above formula (i), the content (mol%) of PO in the EO / PO copolymer part is calculated from the a and b in the content of PO in the copolymer part. If the amine is represented by the formula (i) and the formula (ii), the formula: (b + d + f) × can be obtained from the formula: b × 100 / (a + b) It can be determined from 100 / (a + b + c + d + e + f). The preferred range is as described above.
式(i)におけるR1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、−CH2CH(CH3)NH2基、又は前記式(ii)で表される基を示すが、造形物の強度の観点から、水素原子が好ましい。炭素数1〜6の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基としては、好ましくは、メチル基、エチル基、イソ又はノルマルのプロピル基である。 R 1 in the formula (i) is a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a —CH 2 CH (CH 3 ) NH 2 group, or a group represented by the above formula (ii) Although shown, a hydrogen atom is preferred from the viewpoint of the strength of the shaped article. The linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is preferably a methyl group, an ethyl group, or an iso or normal propyl group.
また、式(i)におけるR1が式(ii)で表される基である場合、式(ii)におけるR2の炭素数1〜3の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基としては、好ましくはメチル基、エチル基である。R2がメチル基又はエチル基である場合、nが1であることが好ましく、R2が水素原子である場合、nが0であることが好ましい。また、式(ii)におけるc及びeとしては、独立して、10〜30が好ましく、d及びfとしては、独立して、5〜25が好ましい。 When R 1 in the formula (i) is a group represented by the formula (ii), the linear or branched alkyl group having 1 to 3 carbon atoms of R 2 in the formula (ii) is preferably It is a methyl group or an ethyl group. When R 2 is a methyl group or an ethyl group, n is preferably 1, and when R 2 is a hydrogen atom, n is preferably 0. Moreover, as c and e in Formula (ii), 10-30 are preferable independently, 5-25 are preferable as d and f independently.
かかる式(i)で表されるEO/PO共重合部を有するアミンは、公知の方法に従って調製することができる。例えば、プロピレングリコールアルキルエーテルにエチレンオキシド、プロピレンオキシドを所望量付加させた後、水酸基末端をアミノ化すればよい。必要により、アルキルエーテルを酸で開裂することで末端を水素原子とすることができる。これらの製造方法は、特開平3−181448号を参照することができる。 The amine having an EO / PO copolymerized part represented by the formula (i) can be prepared according to a known method. For example, after adding ethylene oxide and propylene oxide in a desired amount to propylene glycol alkyl ether, the hydroxyl group terminal may be aminated. If necessary, the terminal can be made a hydrogen atom by cleaving the alkyl ether with an acid. JP-A-3-181448 can be referred to for the manufacturing method of these.
また、市販品も好適に用いられ、具体例としては、HUNTSMAN社製のJeffamine M−2070、Jeffamine M−2005、Jeffamine M−1000、Surfoamine B200、Surfoamine L100、Surfoamine L200、Surfoamine L207,Surfoamine L300、XTJ−501、XTJ−506、XTJ−507、XTJ―508;BASF社製のM3000、Jeffamine ED−900、Jeffamine ED−2003、Jeffamine D−2000、Jeffamine D−4000、XTJ−510、Jeffamine T−3000、JeffamineT−5000、XTJ−502、XTJ−509、XTJ−510等が挙げられる。これらは、単独で又は2種以上を組み合わせてもよい。 In addition, commercially available products are also suitably used, and specific examples thereof include Jeffamine M-2070, Jeffamine M-2005, Jeffamine M-1000, Surfoamine B200, Surfoamine L100, Surfoamine L200, Surfoamine L207, Surfoamine L300, Xerfoamine L300, XFJ manufactured by HUNTSMAN. -501, XTJ-506, XTJ-507, XTJ-508; M3000 manufactured by BASF, Jeffamine ED-900, Jeffamine ED-2003, Jeffamine D-2000, Jeffamine D-4000, XTJ-510, Jeffamine T-3000, Jeffamine T-5000, XTJ-502, XTJ-509, X J-510 and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
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(mmol/g)は、造形物の強度の観点から、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、更に好ましくは0.8mmol/g以上、更に好ましくは1mmol/g以上である。また、反応性の観点から、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1.5mmol/g以下である。 The average bonding amount (mmol / g) of the EO / PO copolymer part in the fine cellulose fiber composite is preferably 0.01 mmol / g or more, more preferably 0.05 mmol / g or more, from the viewpoint of the strength of the shaped article. More preferably, it is 0.1 mmol / g or more, more preferably 0.3 mmol / g or more, further preferably 0.5 mmol / g or more, still more preferably 0.8 mmol / g or more, further preferably 1 mmol / g or more. Also, from the viewpoint of reactivity, it is preferably 3 mmol / g or less, more preferably 2 mmol / g or less, and still more preferably 1.5 mmol / g or less.
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(質量部)は、造形物の強度の観点から、前記微細セルロース繊維100質量部に対して、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは20質量部以上である。また、反応性の観点から、好ましくは500質量部以下、より好ましくは400質量部以下、更に好ましくは300質量部以下である。 The average bonding amount (parts by mass) of the EO / PO copolymerized part in the fine cellulose fiber composite is preferably 5 parts by mass or more, more preferably from 100 parts by mass of the fine cellulose fibers from the viewpoint of the strength of the shaped article. Is 10 parts by mass or more, more preferably 20 parts by mass or more. Also, from the viewpoint of reactivity, it is preferably 500 parts by mass or less, more preferably 400 parts by mass or less, and still more preferably 300 parts by mass or less.
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(質量%)は、造形物の強度の観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは20質量%以上である。また、反応性の観点から、好ましくは99質量%以下、より好ましくは95質量%以下、更に好ましくは90質量%以下である。 The average bonding amount (% by mass) of the EO / PO copolymer part in the fine cellulose fiber composite is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, still more preferably 20% by mass from the viewpoint of the strength of the shaped article. % Or more. In addition, from the viewpoint of reactivity, the content is preferably 99% by mass or less, more preferably 95% by mass or less, and still more preferably 90% by mass or less.
また、微細セルロース繊維複合体におけるEO/PO共重合部の導入率は、造形物の強度の観点から、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30%以上、更に好ましくは40%以上、更に好ましくは50%以上、更に好ましくは60%以上、更に好ましくは70%以上、更に好ましくは80%以上であり、同様の観点から、好ましくは95%以下である。 Further, the introduction ratio of the EO / PO copolymer part in the fine cellulose fiber composite is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, still more preferably 30% or more, still more preferably from the viewpoint of the strength of the shaped article. It is 40% or more, more preferably 50% or more, further preferably 60% or more, further preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and from the same viewpoint, preferably 95% or less.
なお、前記修飾基は置換基を有するものであってもよく、例えば、置換基を含めた炭化水素基全体の総炭素数が前記範囲内となるものが好ましい。置換基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、イソブトキシカルボニル基、sec−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、ペンチルオキシカルボニル基、イソペンチルオキシカルボニル基等のアルコキシ基の炭素数が1〜6のアルコキシ−カルボニル基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子;アセチル基、プロピオニル基等の炭素数1〜6のアシル基;アラルキル基;アラルキルオキシ基;炭素数1〜6のアルキルアミノ基;アルキル基の炭素数が1〜6のジアルキルアミノ基が挙げられる。なお、前記した炭化水素基そのものが置換基として結合していてもよい。 The modifying group may have a substituent, and for example, it is preferable that the total carbon number of the whole hydrocarbon group including the substituent is within the above range. As a substituent, for example, a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, a butoxy group, an isobutoxy group, a sec-butoxy group, a tert-butoxy group, a pentyloxy group, an isopentyloxy group, a hexyloxy group, etc. Alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms; methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, propoxycarbonyl group, isopropoxycarbonyl group, butoxycarbonyl group, isobutoxycarbonyl group, sec-butoxycarbonyl group, tert-butoxycarbonyl group, pentyloxycarbonyl group Group, alkoxy group such as isopentyloxycarbonyl group, alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms; halogen atom such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom; carbon number 1 such as acetyl group, propionyl group ~ 6 Sill group; an aralkyl group; an aralkyloxy group; an alkylamino group having 1 to 6 carbon atoms; the carbon number of the alkyl group have dialkylamino group having 1 to 6. The above-mentioned hydrocarbon group itself may be bonded as a substituent.
なお、本明細書において、修飾基の平均結合量は、アミン添加量、アミンの種類、反応温度、反応時間、溶媒などによって調整することができる。また、微細セルロース繊維複合体における修飾基の平均結合量(mmol/g、質量部、質量%)及び導入率(%)とは、微細セルロース繊維表面のカルボキシ基に修飾基が導入された量及び割合のことであり、微細セルロース繊維のカルボキシ基含有量を公知の方法(例えば、滴定、IR測定等)に従って測定することで算出することができる。 In the present specification, the average binding amount of the modifying group can be adjusted by the amount of amine added, the type of amine, the reaction temperature, the reaction time, the solvent and the like. Moreover, the average bonding amount (mmol / g, mass part, mass%) and introduction ratio (%) of the modifying group in the fine cellulose fiber composite are the amount by which the modifying group is introduced to the carboxy group on the fine cellulose fiber surface and It is a ratio and can be calculated by measuring the carboxy group content of the fine cellulose fiber according to a known method (for example, titration, IR measurement, etc.).
<微細セルロース繊維複合体の製造方法>
微細セルロース繊維複合体は、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、微細セルロース繊維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、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により製造することができる。
<Method for producing fine cellulose fiber composite>
The fine cellulose fiber composite can be produced according to a known method without particular limitation, as long as a modifying group can be introduced into the fine cellulose fiber. For example, a reaction for introducing a modifying group may be carried out on the previously prepared fine cellulose fiber, or a reaction for introducing a modifying group may be carried out when preparing the fine cellulose fiber. In addition, a fine cellulose fiber can be manufactured by a well-known method, for example, the method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2011-140632.
修飾基の微細セルロース繊維への導入態様によって、以下の2態様が挙げられる。即ち、修飾基をイオン結合によって微細セルロース繊維に結合させる態様(態様A)、修飾基をアミド結合によって微細セルロース繊維に結合させる態様(態様B)が挙げられる。
〔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、修飾基を有するアミンとを混合する工程
〔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、修飾基を有するアミンとをアミド化反応させる工程
なお、前記好適な製造方法としては、工程(1)の後に後述する微細化工程を行い、カルボキシ基含有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を行う方法(第2の製造形態)が挙げられる。
Depending on the mode of introduction of the modifying group into the fine cellulose fiber, the following two modes can be mentioned. That is, an embodiment in which the modifying group is bound to the fine cellulose fiber by ionic bond (embodiment A), and an embodiment in which the modifying group is bound to the fine cellulose fiber by amide bond (embodiment B) can be mentioned.
Aspect A
Step (1): Step of oxidizing natural cellulose fiber in the presence of N-oxyl compound to obtain carboxy group-containing cellulose fiber Step (2A): carboxy group-containing cellulose fiber obtained in step (1) and modifying group Mixing with an amine having a [Aspect B]
Step (1): Step of oxidizing natural cellulose fiber in the presence of N-oxyl compound to obtain carboxy group-containing cellulose fiber Step (2B): carboxy group-containing cellulose fiber obtained in step (1) and modifying group The step of subjecting the amine having an amidification reaction to an amidification reaction The step (2A or 2B) may be carried out after the above-mentioned fine production process is carried out after the step (1) to obtain a carboxy group-containing fine cellulose fiber as the preferred production method. A method (first production mode) to be performed, and a method (second production mode) in which the step (2A or 2B) is performed after the step (1) and then the miniaturization step is performed.
以下、態様Aの第1の製造形態に基づいて、微細セルロース繊維複合体の製造方法を説明する。 Hereinafter, based on the first production form of aspect A, a method for producing a fine cellulose fiber composite will be described.
〔工程(1)〕
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。
[Step (1)]
Step (1) is a step of oxidizing natural cellulose fibers in the presence of an N-oxyl compound to obtain carboxy group-containing cellulose fibers.
工程(1)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:150℃にて30分間加熱乾燥させた後の天然セルロース繊維の質量)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。また、前記市販のパルプのセルロースI型結晶化度は、通常80%以上である。 In step (1), first, a slurry in which natural cellulose fibers are dispersed in water is prepared. Add about 10 to 1000 times (mass basis) of water to the raw material natural cellulose fiber (absolute drying standard: mass of natural cellulose fiber after drying by heating for 30 minutes at 150 ° C.) It is obtained by 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 linters 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 treated to increase the surface area such as beating. The cellulose I-type crystallinity of the commercially available pulp is usually 80% or more.
(酸化処理工程)
次に、上記天然セルロース繊維を、N−オキシル化合物の存在下で酸化処理して、カルボキシ基含有セルロース繊維を得る(以下、単に「酸化処理」と称する場合がある)。
(Oxidation treatment process)
Next, the above-mentioned natural cellulose fiber is oxidized in the presence of an N-oxyl compound to obtain a carboxy group-containing cellulose fiber (hereinafter sometimes simply referred to as "oxidation treatment").
N−オキシル化合物としては、炭素数1又は2のアルキル基を有するピペリジンオキシル化合物、ピロリジンオキシル化合物、イミダゾリンオキシル化合物、及びアザアダマンタン化合物から選ばれる1種以上の複素環式のN−オキシル化合物が好ましい。これらの中では、反応性の観点から、炭素数1又は2のアルキル基を有するピペリジンオキシル化合物が好ましく、2,2,6,6−テトラアルキルピペリジン−1−オキシル(TEMPO)、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラアルキルピペリジン−1−オキシル、4−アルコキシ−2,2,6,6−テトラアルキルピペリジン−1−オキシル、4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラアルキルピペリジン−1−オキシル、4−アミノ−2,2,6,6−テトラアルキルピペリジン−1−オキシル等のジ−tert−アルキルニトロキシル化合物、4−アセトアミド−TEMPO、4−カルボキシ−TEMPO、4−ホスフォノキシ−TEMPO等が挙げられる。これらのピペリジンオキシル化合物の中では、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(TEMPO)、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルが好ましく、2,2,6,6テトラメチルピペリジン−1−オキシル(TEMPO)がより好ましい。 As the N-oxyl compound, a piperidine oxyl compound having a C 1 or C 2 alkyl group, a pyrrolidine oxyl compound, an imidazoline oxyl compound, and an azaadamantane compound are preferable, and one or more heterocyclic N-oxyl compounds are preferable. . Among these, from the viewpoint of reactivity, piperidine oxyl compounds having an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms are preferable, and 2,2,6,6-tetraalkylpiperidine-1-oxyl (TEMPO), 4-hydroxy- 2,2,6,6-tetraalkylpiperidine-1-oxyl, 4-alkoxy-2,2,6,6-tetraalkylpiperidine-1-oxyl, 4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetra Di-tert-alkyl nitroxyl compounds such as alkyl piperidine-1-oxyl, 4-amino-2,2,6,6-tetraalkylpiperidine-1-oxyl, 4-acetamido-TEMPO, 4-carboxy-TEMPO, 4 -Phosphonoxy-TEMPO etc. are mentioned. Among these piperidine oxyl compounds, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO), 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4- Methoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl is preferred, and 2,2,6,6 tetramethylpiperidin-1-oxyl (TEMPO) is more preferred.
N−オキシル化合物の量は、触媒量であればよく、天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対して、好ましくは0.001〜10質量%、より好ましくは0.01〜9質量%、更に好ましくは0.1〜8質量%、より更に好ましくは0.5〜5質量%である。 The amount of the N-oxyl compound may be a catalytic amount, and is preferably 0.001 to 10% by mass, more preferably 0.01 to 9% by mass, and more preferably based on natural cellulose fiber (absolutely dry basis) Is 0.1 to 8% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass.
天然セルロース繊維の酸化処理においては、酸化剤を使用することができる。酸化剤としては、溶媒をアルカリ性域に調整した場合の溶解度や反応速度等の観点から、酸素又は空気、過酸化物;ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸及びそれらのアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩;ハロゲン酸化物、窒素酸化物等が挙げられる。これらの中でも、アルカリ金属次亜ハロゲン酸塩が好ましく、具体的には、次亜塩素酸ナトリウムや次亜臭素酸ナトリウムが例示される。酸化剤の使用量は、天然セルロース繊維のカルボキシ基置換度(酸化度)に応じて選択すればよく、また反応条件によって酸化反応収率が異なるため一概には決められないが、原料である天然セルロース繊維(絶対乾燥基準)に対し、好ましくは約1〜100質量%となる範囲である。 In the oxidation treatment of natural cellulose fibers, an oxidizing agent can be used. As the oxidizing agent, from the viewpoint of solubility and reaction rate when the solvent is adjusted to an alkaline region, oxygen or air, peroxide; halogen, hypohalous acid, halogenous acid, perhalogenated acid and alkali metals thereof Salts or alkaline earth metal salts; halogen oxides, nitrogen oxides and the like can be mentioned. Among these, alkali metal hypohalites are preferable, and specifically, sodium hypochlorite and sodium hypobromous acid are exemplified. The use amount of the oxidizing agent may be selected according to the degree of carboxyl group substitution (oxidation degree) of the natural cellulose fiber, and the yield of the oxidation reaction is different depending on the reaction conditions. The preferred range is about 1 to 100% by mass with respect to the cellulose fiber (absolutely dry basis).
また、酸化反応をより一層効率よく行うため、助触媒として、臭化ナトリウム、臭化カリウム等の臭化物や、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム等のヨウ化物等を用いることができる。助触媒の量は、その機能を発揮できる有効量であればよく、特に制限はない。 In order to carry out the oxidation reaction more efficiently, bromides such as sodium bromide and potassium bromide, and iodides such as sodium iodide and potassium iodide can be used as a cocatalyst. The amount of cocatalyst is not particularly limited as long as it is an effective amount capable of exerting its function.
酸化処理における反応温度は、反応の選択性、副反応の抑制の観点から、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20℃以下であり、その下限は、好ましくは−5℃以上である。 The reaction temperature in the oxidation treatment is preferably 50 ° C. or less, more preferably 40 ° C. or less, still more preferably 20 ° C. or less, from the viewpoint of reaction selectivity and suppression of side reactions, and the lower limit is preferably −5. ° C or more.
また、反応系のpHは酸化剤の性質に合わせることが好ましく、例えば、酸化剤として次亜塩素酸ナトリウムを用いる場合、反応系のpHはアルカリ側とすることが好ましく、pH7〜13が好ましく、pH10〜13がより好ましい。また、反応時間は1〜240分間が望ましい。 In addition, it is preferable to adjust the pH of the reaction system to the property of the oxidizing agent, for example, when sodium hypochlorite is used as the oxidizing agent, the pH of the reaction system is preferably on the alkaline side, preferably pH 7 to 13, More preferred is pH 10-13. The reaction time is preferably 1 to 240 minutes.
上記酸化処理を行うことにより、カルボキシ基含有量が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。 By performing the oxidation treatment, a carboxy group-containing cellulose fiber having a carboxy group content of 0.1 mmol / g or more can be obtained.
(精製工程)
前記酸化反応で得られるカルボキシ基含有セルロース繊維は、触媒として用いるTEMPO等のN−オキシル化合物や副生塩を含む。そのまま次工程を行ってもよいが、精製を行って純度の高いカルボキシ基含有セルロース繊維を得ることもできる。精製方法としては、酸化反応における溶媒の種類、生成物の酸化の程度、精製の程度により最適な方法を採用することができる。例えば、良溶媒として水、貧溶媒としてメタノール、エタノール、アセトン等を用いた再沈殿、ヘキサン等の水と相分離する溶媒へのTEMPO等の抽出、及び塩のイオン交換、透析等による精製等が挙げられる。
(Purification process)
The carboxy group-containing cellulose fiber obtained by the oxidation reaction contains an N-oxyl compound such as TEMPO used as a catalyst and a by-product salt. Although the next step may be carried out as it is, purification may be carried out to obtain a carboxy group-containing cellulose fiber of high purity. As a purification method, an optimum method can be adopted according to the type of solvent in the oxidation reaction, the degree of oxidation of the product, and the degree of purification. For example, reprecipitation using water as a good solvent and methanol, ethanol, acetone etc. as a poor solvent, extraction of TEMPO etc. into a solvent phase-separated from water such as hexane, ion exchange of salts, purification by dialysis etc. It can be mentioned.
(微細化工程)
第1の製造形態では、前記精製工程後、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う。微細化工程では、前記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。この微細化工程を行うことにより、数平均繊維径が前記範囲にある微細セルロース繊維が得られる。
(Micronization process)
In the first production mode, a step of refining the carboxy group-containing cellulose fiber obtained in the step (1) is performed after the purification step. In the refining step, it is preferable to disperse the carboxy group-containing cellulose fiber which has been subjected to the purification step in a solvent to carry out a refining treatment. By performing this refining step, fine cellulose fibers having a number average fiber diameter in the above range can be obtained.
分散媒としての溶媒は、水の他、メタノール、エタノール、プロパノール等の炭素数1〜6、好ましくは炭素数1〜3のアルコール;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の炭素数3〜6のケトン;直鎖又は分岐状の炭素数1〜6の飽和炭化水素又は不飽和炭化水素;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素;塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素;炭素数2〜5の低級アルキルエーテル;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、コハク酸とトリエチレングリコールモノメチルエーテルとのジエステル等の極性溶媒等が例示される。これらは、単独で又は2種以上を混合して用いることができるが、微細化処理の操作性の観点から、水、炭素数1〜6のアルコール、炭素数3〜6のケトン、炭素数2〜5の低級アルキルエーテル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、コハク酸メチルトリグリコールジエステル等の極性溶媒が好ましく、環境負荷低減の観点から、水がより好ましい。溶媒の使用量は、カルボキシ基含有セルロース繊維を分散できる有効量であればよく、特に制限はないが、カルボキシ基含有セルロース繊維に対して、好ましくは1〜500質量倍、より好ましくは2〜200質量倍使用することがより好ましい。 The solvent as the dispersion medium is, besides water, an alcohol having 1 to 6 carbon atoms such as methanol, ethanol or propanol, preferably 1 to 3 carbon atoms; ketones having 3 to 6 carbon atoms such as acetone, methyl ethyl ketone or methyl isobutyl ketone Linear or branched saturated hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms or unsaturated hydrocarbon; aromatic hydrocarbon such as benzene and toluene; halogenated hydrocarbon such as methylene chloride and chloroform; lower hydrocarbon having 2 to 5 carbon atoms Examples thereof include polar solvents such as alkyl ether; N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, diesters of succinic acid and triethylene glycol monomethyl ether, and the like. These can be used alone or in combination of two or more, but from the viewpoint of the operability of the refining treatment, water, alcohols having 1 to 6 carbon atoms, ketones having 3 to 6 carbon atoms, and 2 carbon atoms And polar solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, methyl triglycol diester succinate, etc. are preferable, and water is more preferable from the viewpoint of environmental load reduction. The amount of the solvent used is not particularly limited as long as it is an effective amount capable of dispersing the carboxy group-containing cellulose fiber, and preferably 1 to 500 times by mass, more preferably 2 to 200 times the carboxy group-containing cellulose fiber. It is more preferable to use by mass.
また、微細化処理で使用する装置としては公知の分散機が好適に使用される。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、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等を用いることができる。また、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。 Moreover, as an apparatus used by refinement | miniaturization processing, a well-known disperser is used suitably. For example, a disintegrator, a disintegrator, a low pressure homogenizer, a high pressure homogenizer, a grinder, a cutter mill, a ball mill, a jet mill, a short screw extruder, a twin screw extruder, an ultrasonic stirrer, a household juicer mixer and the like can be used. Moreover, as for solid content concentration of the reactant fiber in refinement processing, 50 mass% or less is preferable.
微細化工程後に得られるカルボキシ基含有微細セルロース繊維の形態としては、必要に応じ、固形分濃度を調整した懸濁液状(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(但し、微細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)とすることもできる。なお、懸濁液状にする場合、分散媒として水のみを使用してもよく、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。 The form of the carboxy group-containing fine cellulose fiber obtained after the refining step is, if necessary, in the form of a suspension having a controlled solid concentration (visually colorless and transparent or opaque liquid) or a dry powder (but Or in the form of powder in which fine cellulose fibers are agglomerated, and does not mean cellulose particles). In the case of a suspension, only water may be used as a dispersion medium, and a mixed solvent of water and another organic solvent (for example, alcohols such as ethanol), a surfactant, an acid, a base, etc. You may use it.
このような天然セルロース繊維の酸化処理及び微細化処理により、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基へと選択的に酸化され、前記カルボキシ基含有量が0.1mmol/g以上のセルロースからなる、数平均繊維径が0.5nm以上200nm以下の微細化された、好ましくは10以上1000以下のアスペクト比、及び好ましくは30%以上の結晶化度を有するセルロース繊維を得ることができる。ここで、前記カルボキシ基含有微細セルロース繊維は、セルロースI型結晶構造を有している。これは、本発明で用いるカルボキシ基含有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。なお、工程(1)において、天然セルロース繊維の酸化処理後に、さらに酸(例えば、塩酸)を反応させてカルボキシ基含有量を調整することができ、該反応は微細化処理前、微細化処理後のいずれに行ってもよい。 By such oxidation treatment and refinement treatment of a natural cellulose fiber, the hydroxyl group at the C6 position of the cellulose constitutional unit is selectively oxidized to a carboxy group via an aldehyde group, and the carboxy group content is 0.1 mmol / A cellulose fiber having a number average fiber diameter of not less than 0.5 nm and not more than 200 nm, an aspect ratio of preferably not less than 10 and not more than 1000, and a crystallinity of preferably not less than 30% is obtained. be able to. Here, the carboxy group-containing fine cellulose fiber has a cellulose type I crystal structure. This means that the carboxy group-containing fine cellulose fiber used in the present invention is a fiber obtained by surface oxidation and refining of a naturally occurring cellulose solid material having a type I crystal structure. In the step (1), after the oxidation treatment of natural cellulose fiber, an acid (for example, hydrochloric acid) can be further reacted to adjust the carboxy group content, and the reaction is carried out before and after the refinement treatment You may go to any of.
〔工程(2A)〕
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微細セルロース繊維と、修飾基を有するアミンとを混合して、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、前記カルボキシ基含有微細セルロース繊維と、修飾基を有するアミンとを溶媒中で混合する。
[Step (2A)]
In the first production mode, the step (2A) is a step of mixing the carboxy group-containing fine cellulose fiber obtained through the above-mentioned refining process and an amine having a modifying group to obtain a fine cellulose fiber composite. is there. Specifically, the carboxy group-containing fine cellulose fiber and an amine having a modifying group are mixed in a solvent.
工程(2A)で用いられる、修飾基を有するアミンとしては、微細セルロース繊維複合体において前記した前述のものが挙げられる。 As an amine which has a modifying group used at a process (2A), the above-mentioned thing mentioned above in the fine cellulose fiber composite is mentioned.
前記アミンの使用量は、微細セルロース繊維複合体における所望のアミン塩の結合量により決めることができるが、反応性の観点から、カルボキシ基含有微細セルロース繊維に含有されるカルボキシ基1molに対して、アミン基が、好ましくは0.01mol以上、より好ましくは0.1mol以上、更に好ましくは0.5mol以上、更に好ましくは0.7mol以上であり、製品純度の観点から、好ましくは50mol以下、より好ましくは20mol以下、更に好ましくは10mol以下となる量用いる。なお、前記範囲に含まれる量のアミンを一度に反応に供しても、分割して反応に供してもよい。アミンが、モノアミンの場合は、上記のアミン基とアミンとは同じである。 The amount of the amine to be used can be determined by the bonding amount of the desired amine salt in the fine cellulose fiber composite, but from the viewpoint of reactivity, 1 mol of carboxy group contained in the carboxy group-containing fine cellulose fiber, The amine group is preferably 0.01 mol or more, more preferably 0.1 mol or more, still more preferably 0.5 mol or more, still more preferably 0.7 mol or more, and in view of product purity, preferably 50 mol or less, more preferably Is used in an amount of 20 mol or less, more preferably 10 mol or less. In addition, the amine contained in the above range may be subjected to the reaction at once, or may be divided and subjected to the reaction. When the amine is a monoamine, the above-mentioned amine group and the amine are the same.
溶媒としては、用いるアミンが溶解する溶媒を選択することが好ましく、例えば、エタノール、イソプロパノール(IPA)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン(THF)、コハク酸とトリエチレングリコールモノメチルエーテルとのジエステル、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、アセトニトリル、ジクロロメタン、クロロホルム、トルエン、酢酸、水等が挙げられ、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。これらの極性溶媒の中でも、コハク酸とトリエチレングリコールモノメチルエーテルとのジエステル、エタノール、DMF、水が好ましい。 As the solvent, it is preferable to select a solvent in which the amine to be used dissolves, for example, ethanol, isopropanol (IPA), N, N-dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), N, N-dimethylacetamide, tetrahydrofuran (THF), diesters of succinic acid and triethylene glycol monomethyl ether, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), acetonitrile, dichloromethane, chloroform, toluene, acetic acid, water and the like, and one or more of these may be used alone or in combination Can be used in combination. Among these polar solvents, diesters of succinic acid and triethylene glycol monomethyl ether, ethanol, DMF and water are preferable.
混合時の温度は、アミンの反応性の観点から、好ましくは0℃以上、より好ましくは5℃以上、更に好ましくは10℃以上である。また、複合体の着色の観点から、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℃以下である。混合時間は、用いるアミン及び溶媒の種類に応じて適宜設定することができるが、アミンの反応性の観点から、好ましくは0.01時間以上、より好ましくは0.1時間以上、更に好ましくは1時間以上であり、好ましくは48時間以下、より好ましくは24時間以下である。 The temperature at the time of mixing is preferably 0 ° C. or more, more preferably 5 ° C. or more, still more preferably 10 ° C. or more, from the viewpoint of the reactivity of the amine. Further, from the viewpoint of coloring of the composite, it is preferably 50 ° C. or less, more preferably 40 ° C. or less, and still more preferably 30 ° C. or less. The mixing time can be appropriately set according to the type of amine and solvent to be used, but from the viewpoint of the reactivity of the amine, preferably 0.01 hours or more, more preferably 0.1 hours or more, still more preferably 1 It is time or more, preferably 48 hours or less, more preferably 24 hours or less.
前記塩形成後、未反応のアミン等を除去するために、適宜後処理を行ってもよい。該後処理の方法としては、例えば、ろ過、遠心分離、透析等を用いることができる。 After the salt formation, post-treatment may be appropriately performed to remove unreacted amine and the like. As a method of the post-treatment, for example, filtration, centrifugation, dialysis and the like can be used.
また、態様Bの製造方法については、工程(1)は態様Aと同様に行うことができるので、以下に第1の製造形態における工程(2B)について記載する。また、例えば、特開2013−151661号公報に記載の方法により製造することができる。 Moreover, about the manufacturing method of aspect B, since a process (1) can be performed similarly to the aspect A, it describes about the process (2B) in a 1st manufacture form below. Moreover, it can manufacture by the method of Unexamined-Japanese-Patent No. 2013-151661, for example.
〔工程(2B)〕
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微細セルロース繊維と、修飾基を有するアミン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、修飾基を有するアミンのアミノ基とを縮合反応させてアミド結合を形成する。
[Step (2B)]
In the first production mode, in the step (2B), the carboxy group-containing fine cellulose fiber obtained through the above-mentioned refining process and the amine having a modifying group are amidated to obtain a fine cellulose fiber composite. It is a process. The mixing method is not particularly limited as long as the raw materials react with each other. Specifically, the raw materials are mixed in the presence of a condensing agent, and the carboxy group contained in the carboxy group-containing fine cellulose fiber And condensation reaction with the amino group of the amine having a modifying group to form an amide bond.
工程(2B)で用いられる、修飾基を有するアミンとしては、微細セルロース繊維複合体において前記した前述のものが挙げられる。 As an amine which has a modifying group used at a process (2B), the above-mentioned thing mentioned above in the fine cellulose fiber composite is mentioned.
工程(2B)では、カルボキシ基含有微細セルロース繊維と、修飾基を有するアミンとを縮合剤の存在下でアミド化させる。 In step (2B), the carboxy group-containing fine cellulose fiber and the amine having a modifying group are amidated in the presence of a condensing agent.
前記アミンの使用量は、反応性の観点から、カルボキシ基含有微細セルロース繊維に含有されるカルボキシ基1molに対して、アミンが、好ましくは0.1mol以上、より好ましくは0.5mol以上であり、製品純度の観点から、好ましくは50mol以下、より好ましくは20mol以下、更に好ましくは10mol以下となる量用いる。なお、前記範囲に含まれる量のアミンを一度に反応に供しても、分割して反応に供してもよい。 The amount of the amine used is preferably 0.1 mol or more, more preferably 0.5 mol or more, based on 1 mol of carboxy group contained in the carboxy group-containing fine cellulose fiber, from the viewpoint of reactivity. From the viewpoint of product purity, the amount is preferably 50 mol or less, more preferably 20 mol or less, still more preferably 10 mol or less. In addition, the amine contained in the above range may be subjected to the reaction at once, or may be divided and subjected to the reaction.
縮合剤としては、特には限定されないが、合成化学シリーズ ペプチド合成(丸善社)P116記載、又はTetrahedron,57,1551(2001)記載の縮合剤などが挙げられ、例えば、4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリニウムクロライド(以下、「DMT−MM」と称する場合がある。)等が挙げられる。 The condensing agent is not particularly limited, and examples thereof include condensing agents described in Synthetic Chemical Series Peptide Synthesis (Maruzen Co.) P116 or Tetrahedron, 57, 1551 (2001), and the like, for example, 4- (4,6- Dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl) -4-methylmorpholinium chloride (hereinafter sometimes referred to as "DMT-MM") and the like can be mentioned.
上記アミド化反応においては、前記微細化工程における溶媒が挙げられ、用いるアミンが溶解する溶媒を選択することが好ましい。 In the above-mentioned amidation reaction, the solvent in the above-mentioned refinement process is mentioned, and it is preferred to choose the solvent in which the amine to be used dissolves.
前記アミド化反応における反応時間及び反応温度は、用いるアミン及び溶媒の種類等に応じて適宜選択することができるが、反応率の観点から、好ましくは1〜24時間、より好ましくは10〜20時間である。また、反応温度は、反応性の観点から、好ましくは0℃以上、より好ましくは5℃以上、更に好ましくは10℃以上である。また、複合体の着色の観点から、好ましくは200℃以下、より好ましくは80℃以下、更に好ましくは30℃以下である。 The reaction time and reaction temperature in the amidation reaction can be appropriately selected according to the type of amine and solvent used, etc., but from the viewpoint of the reaction rate, preferably 1 to 24 hours, more preferably 10 to 20 hours It is. The reaction temperature is preferably 0 ° C. or more, more preferably 5 ° C. or more, still more preferably 10 ° C. or more from the viewpoint of reactivity. In addition, from the viewpoint of coloring of the composite, it is preferably 200 ° C. or less, more preferably 80 ° C. or less, and still more preferably 30 ° C. or less.
前記反応後、未反応のアミンや縮合剤等を除去するために、適宜後処理を行ってもよい。該後処理の方法としては、例えば、ろ過、遠心分離、透析等を用いることができる。 After the reaction, post-treatment may be appropriately performed to remove unreacted amine, condensing agent and the like. As a method of the post-treatment, for example, filtration, centrifugation, dialysis and the like can be used.
なお、態様A及び態様Bのいずれにおいても、第2の製造形態では、前記した各工程を、工程(1)、工程(2A)又は工程(2B)、微細化工程の順で行うこと以外は、第1の製造形態と同様の方法で行うことができる。 In any of the embodiment A and the embodiment B, in the second production mode, each step described above is performed in the order of step (1), step (2A) or step (2B), and refinement step. , And in the same manner as in the first embodiment.
また、態様A及び態様Bを組み合せて得られる微細セルロース繊維複合体であってもよく、即ち、イオン結合を介して連結した修飾基とアミド結合を介して連結した修飾基を有する微細セルロース繊維複合体であってもよい。この場合、工程(2A)と工程(2B)のいずれを先に行ってもよい。 Further, it may be a fine cellulose fiber composite obtained by combining aspect A and aspect B, that is, a fine cellulose fiber composite having a modifying group linked via an ionic bond and a modifying group linked via an amide bond. It may be the body. In this case, either step (2A) or step (2B) may be performed first.
かくして、微細セルロース繊維に修飾基がイオン結合及び/又は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ることができる。本発明においては、得られる造形物の強度の観点から、修飾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が好ましい。 Thus, it is possible to obtain a fine cellulose fiber composite in which a modifying group is linked to the fine cellulose fiber via an ionic bond and / or an amide bond. In the present invention, in view of the strength of the resulting shaped article, a fine cellulose fiber composite in which the modifying groups are linked via an amide bond is preferred.
得られた微細セルロース繊維複合体は、上記後処理を行った後の分散液の状態で使用することもできるし、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、乾燥した粉末状の微細セルロース繊維複合体を得て、これを使用することもできる。ここで「粉末状」とは、微細セルロース繊維複合体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。 The obtained fine cellulose fiber composite can be used in the state of a dispersion after the above-mentioned post-treatment, or it can be used in the form of a dry powder by removing the solvent from the dispersion by a drying treatment or the like. Fine cellulose fiber composites can also be obtained and used. Here, the “powder form” is a powder form in which a fine cellulose fiber complex is aggregated, and does not mean cellulose particles.
粉末状の微細セルロース繊維複合体としては、例えば、前記微細セルロース繊維複合体の分散液をそのまま乾燥させた乾燥物;該乾燥物を機械処理で粉末化したもの;前記微細セルロース繊維複合体の分散液を公知のスプレードライ法により粉末化したもの;前記微細セルロース繊維複合体の分散液を公知のフリーズドライ法により粉末化したもの等が挙げられる。前記スプレードライ法は、前記微細セルロース繊維複合体の分散液を大気中で噴霧し、乾燥させる方法である。 As a powdery fine cellulose fiber composite, for example, a dried product obtained by drying the dispersion of the fine cellulose fiber composite as it is; a powder obtained by mechanical processing of the dried product; and a dispersion of the fine cellulose fiber composite The liquid may be powdered by a known spray drying method; and the dispersion of the fine cellulose fiber composite may be powdered by a known freeze drying method. The spray drying method is a method in which the dispersion of the fine cellulose fiber composite is sprayed in the air and dried.
微細セルロース繊維複合体は、数平均繊維径が、得られる造形物の高温下での強度を向上する観点から、好ましくは0.5nm以上、より好ましくは0.8nm以上、更に好ましくは1nm以上である。また、得られる造形物の高温下での強度から、好ましくは200nm以下、より好ましくは100nm以下、更に好ましくは50nm以下、更に好ましくは20nm以下、更に好ましくは10nm以下である。 The fine cellulose fiber composite preferably has a number average fiber diameter of 0.5 nm or more, more preferably 0.8 nm or more, and still more preferably 1 nm or more, from the viewpoint of improving the strength of the resulting shaped article at high temperatures. is there. Moreover, it is preferably 200 nm or less, more preferably 100 nm or less, still more preferably 50 nm or less, still more preferably 20 nm or less, further preferably 10 nm or less, in view of the strength at high temperature of the obtained shaped article.
なお、微細セルロース繊維複合体は、工程(2A)又は工程(2B)の反応により結晶性が低下することがないことから、前記微細セルロース繊維の結晶化度と同程度の結晶化度を有することが好ましい。 The fine cellulose fiber composite has a degree of crystallinity similar to the degree of crystallinity of the fine cellulose fiber, since the degree of crystallinity is not reduced by the reaction of the step (2A) or the step (2B). Is preferred.
本発明の樹脂組成物に含有される微細セルロース繊維複合体としては、前記のように数平均繊維径が0.5nm以上200nm以下であり、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に、炭化水素基及び/又はEO/PO共重合部がイオン結合及び/又はアミド結合を介して連結したものであることから、数平均繊維径が0.5nm以上200nm以下のものが好ましい。 As described above, the fine cellulose fiber composite contained in the resin composition of the present invention has a number average fiber diameter of 0.5 nm to 200 nm and a carboxyl group content of 0.1 mmol / g or more. A number average fiber diameter of 0.5 nm or more and 200 nm or less is preferable because the cellulose fiber is one in which a hydrocarbon group and / or an EO / PO copolymerized part is linked via an ionic bond and / or an amide bond. .
本発明の樹脂組成物における各成分の含有量は、下記のとおりである。 The content of each component in the resin composition of the present invention is as follows.
本発明の樹脂組成物中の光硬化性樹脂前駆体の含有量は、造形物の強度及び造形性の観点から、50質量%以上が好ましく、75質量%以上がより好ましく、90質量%以上が更に好ましく、93質量%以上が更に好ましい。また、同様の観点から、99.9質量%以下が好ましく、99質量%以下がより好ましく、98質量%以下が更に好ましい。 The content of the photocurable resin precursor in the resin composition of the present invention is preferably 50% by mass or more, more preferably 75% by mass or more, and 90% by mass or more from the viewpoint of strength and formability of the shaped article. More preferably, 93% by mass or more is more preferable. Moreover, from the same viewpoint, 99.9 mass% or less is preferable, 99 mass% or less is more preferable, and 98 mass% or less is still more preferable.
本発明の樹脂組成物中の微細セルロース繊維又はその改質物の含有量は、光硬化性樹脂前駆体100質量部に対して、得られる造形物の耐熱性を向上させる観点から、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.1質量部以上、更に好ましくは0.5質量部以上、更に好ましくは1.0質量部以上、更に好ましくは2.0質量部以上であり、取扱い性の観点から、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、更に好ましくは10質量部以下、更に好ましくは7質量部以下である。なお、ここでの微細セルロース繊維の含有量とは、修飾基が導入されていない微細セルロース繊維の含有量のことである。 The content of the fine cellulose fiber or the modified product thereof in the resin composition of the present invention is preferably 0. from the viewpoint of improving the heat resistance of the shaped article obtained relative to 100 parts by mass of the photocurable resin precursor. 01 parts by mass or more, more preferably 0.1 parts by mass or more, still more preferably 0.5 parts by mass or more, still more preferably 1.0 parts by mass or more, still more preferably 2.0 parts by mass or more From the viewpoint, it is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 15 parts by mass or less, still more preferably 10 parts by mass or less, and still more preferably 7 parts by mass or less. In addition, content of the fine cellulose fiber here is content of the fine cellulose fiber in which the modifying group is not introduce | transduced.
また、本発明の樹脂組成物が微細セルロース繊維の改質物を含有する場合、微細セルロース繊維の含有量(換算量)は、光硬化性樹脂前駆体100質量部に対して、得られる造形物の耐熱性を向上させる観点から、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.1質量部以上、更に好ましくは0.5質量部以上、更に好ましくは1.0質量部以上であり、取扱い性の観点から、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、更に好ましくは10質量部以下、更に好ましくは7質量部以下である。 In addition, when the resin composition of the present invention contains a modified product of fine cellulose fibers, the content (converted amount) of the fine cellulose fibers is that of the shaped article obtained with respect to 100 parts by mass of the photocurable resin precursor. From the viewpoint of improving heat resistance, it is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.1 parts by mass or more, still more preferably 0.5 parts by mass or more, still more preferably 1.0 parts by mass or more From the viewpoint of the properties, it is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 15 parts by mass or less, still more preferably 10 parts by mass or less, still more preferably 7 parts by mass or less.
本発明の樹脂組成物中の微細セルロース繊維又はその改質物の含有量は、得られる造形物の耐熱性を向上させる観点から、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは1.0質量%以上、更に好ましくは2.0質量%以上であり、取扱い性の観点から、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、更に好ましくは7質量%以下である。 The content of the fine cellulose fiber or the modified product thereof in the resin composition of the present invention is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass from the viewpoint of improving the heat resistance of the resulting shaped article Or more, more preferably 0.5% by mass or more, still more preferably 1.0% by mass or more, still more preferably 2.0% by mass or more, and from the viewpoint of handleability, preferably 20% by mass or less, more preferably It is 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and further preferably 7% by mass or less.
また、本発明の樹脂組成物は、前記以外の他の成分として、光重合開始剤を用いることができる。 Moreover, the resin composition of this invention can use a photoinitiator as another component except the above.
光重合開始剤としては、公知のものであればよく、例えばアセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ケタール類、アントラキノン類、チオキサントン類、アゾ化合物、過酸化物、2,3−ジアルキルシオン類化合物類、ジスルフィド化合物、チウラム化合物類、フルオロアミン化合物等が挙げられる。尚、光重合開始剤の含有量は、使用する光重合開始剤の種類により適宜設定すればよい。 The photopolymerization initiator may be any known one, for example, acetophenones, benzophenones, ketals, anthraquinones, thioxanthones, azo compounds, peroxides, 2,3-dialkylthiones, disulfide compounds And thiuram compounds, fluoroamine compounds and the like. The content of the photopolymerization initiator may be appropriately set according to the type of the photopolymerization initiator to be used.
本発明の樹脂組成物は、前記以外の他の成分として、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、界面活性剤等を、本発明の効果を損なわない範囲で含有することができる。また、本発明の効果を阻害しない範囲内で他の高分子材料や他の樹脂組成物を添加することも可能である。任意の添加剤の含有量としては、本発明の効果が損なわれない範囲で適宜含有されても良いが、例えば、樹脂組成物中10質量%程度以下が好ましく、5質量%程度以下がより好ましい。 In the resin composition of the present invention, as components other than the above, a crystal nucleating agent, a filler (inorganic filler, organic filler), a hydrolysis inhibitor, a flame retardant, an antioxidant, a hydrocarbon wax and the like Lubricants, UV absorbers, antistatic agents, antifogging agents, light stabilizers, pigments, antifungal agents, antibacterial agents, foaming agents, surfactants, etc. which are anionic type surfactants do not impair the effects of the present invention It can be contained in the range. Moreover, it is also possible to add other polymeric materials and other resin compositions in the range which does not inhibit the effect of this invention. The content of the optional additive may be suitably within the range where the effect of the present invention is not impaired, but for example, about 10% by mass or less in the resin composition is preferable, and about 5% by mass or less is more preferable .
本発明の樹脂組成物は、光硬化性樹脂前駆体と微細セルロース繊維又はその改質物を含有するものであれば特に限定なく調製することができ、例えば、光硬化性樹脂前駆体と微細セルロース繊維又はその改質物、さらに必要により各種添加剤を含有する原料を、ヘンシェルミキサー、超音波ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー等で攪拌、あるいは密閉式ニーダー、1軸もしくは2軸の押出機、オープンロール型混練機等の公知の混練機を用いて溶融混練又は溶媒キャスト法により調製することができる。なお、必要により、溶媒(例えば、エタノール)を添加して攪拌し、その後溶媒を除去して調製してもよい。 The resin composition of the present invention can be prepared without particular limitation as long as it contains a photocurable resin precursor and a fine cellulose fiber or a modified product thereof. For example, a photocurable resin precursor and a fine cellulose fiber Or a modified product thereof, and further, if necessary, a raw material containing various additives, stirred with a Henschel mixer, an ultrasonic homogenizer, a high pressure homogenizer, etc., or a closed kneader, a single screw or twin screw extruder, an open roll kneader, etc. It can be prepared by melt-kneading or solvent casting using a known kneader. If necessary, a solvent (for example, ethanol) may be added and stirred, and then the solvent may be removed for preparation.
本発明の樹脂組成物は、光硬化性の三次元造形物の製造に用いられる。光硬化性三次元造形物の調製方法としては、インクジェット紫外線硬化方式、光造形方式が知られている。インクジェット紫外線硬化方式では、液状の樹脂組成物を吐出後、光を照射し硬化させて造形する。一方、光造形方式では、プールした液状の樹脂組成物の表面に光を照射後、硬化させて造形する。よって、これらの方法に本発明の樹脂組成物を適用する場合には、それらに応じた粘性を有する樹脂組成物を用いることが好ましい。 The resin composition of the present invention is used for the production of a photocurable three-dimensional structure. As a method for preparing a photocurable three-dimensional structure, an inkjet ultraviolet curing method and an optical shaping method are known. In the inkjet ultraviolet curing method, after discharging a liquid resin composition, light is irradiated and cured to form a shape. On the other hand, in the optical shaping method, the surface of the pooled liquid resin composition is irradiated with light and then cured and shaped. Therefore, when applying the resin composition of this invention to these methods, it is preferable to use the resin composition which has the viscosity according to them.
具体的には、インクジェット紫外線硬化方式にて本発明の樹脂組成物を用いる場合は、本発明の樹脂組成物は、25℃における粘度が、インクカートリッジのノズルから吐出を向上させる観点から、500mPa・s以下が好ましく、300mPa・s以下がより好ましく、150mPa・s以下が更に好ましく、130mPa・s以下がより更に好ましい。また、下限は特に限定されないが、取扱い性の観点から、1mPa・s以上が好ましい。また、光造形方式にて本発明の樹脂組成物を用いる場合は、本発明の樹脂組成物は、樹脂組成物中の硬化物を安定に維持させる観点から、25℃における粘度が、50mPa・s以上が好ましく、100mPa・s以上がより好ましく、200mPa・s以上が更に好ましく、取扱い性の観点から、20000mPa・s以下が好ましく、15000mPa・s以下がより好ましく、12000mPa・s以下がより更に好ましい。前記した粘度を有するために、本発明においては、例えば、微細セルロース繊維又はその改質物の含有量を増加すれば粘度を上昇することができ、含有量を低減すれば粘度を低下させることができる。また、用いる微細セルロース繊維のアスペクト比が大きいものであれば粘度を上昇することができ、アスペクト比が小さいものであれば粘度を低下させることができる。なお、本明細書において、粘度はB型粘度計を用いて測定した値のことである。 Specifically, when the resin composition of the present invention is used in an inkjet ultraviolet curing method, the resin composition of the present invention has a viscosity at 25 ° C. of 500 mPa ·· from the viewpoint of improving discharge from the nozzle of the ink cartridge. s or less is preferable, 300 mPa · s or less is more preferable, 150 mPa · s or less is more preferable, and 130 mPa · s or less is still more preferable. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 1 mPa · s or more from the viewpoint of handleability. When the resin composition of the present invention is used in the optical shaping system, the resin composition of the present invention has a viscosity of 50 mPa · s at 25 ° C. from the viewpoint of stably maintaining the cured product in the resin composition. The above is preferable, 100 mPa · s or more is more preferable, 200 mPa · s or more is more preferable, from the viewpoint of handleability, 20000 mPa · s or less is preferable, 15000 mPa · s or less is more preferable, and 12000 mPa · s or less is still more preferable. In order to have the viscosity described above, in the present invention, for example, the viscosity can be increased by increasing the content of the fine cellulose fiber or its modified product, and the viscosity can be reduced by reducing the content. . Moreover, if the aspect ratio of the fine cellulose fiber to be used is large, the viscosity can be increased, and if the aspect ratio is small, the viscosity can be reduced. In the present specification, the viscosity is a value measured using a B-type viscometer.
また、本発明の樹脂組成物は、造形物の強度を向上させる観点から、比重が、好ましくは0.5以上、より好ましくは0.8以上、更に好ましくは1.0以上である。上限は特にないが、2.0以下であってもよい。なお、ここで、比重とは、同体積の4℃の水の質量との比を意味し、JIS Z 8804に記載の方法に則り測定することができる。 The resin composition of the present invention preferably has a specific gravity of 0.5 or more, more preferably 0.8 or more, and still more preferably 1.0 or more, from the viewpoint of improving the strength of the shaped article. There is no particular upper limit, but it may be 2.0 or less. Here, the specific gravity means the ratio to the mass of 4 ° C. water of the same volume, and can be measured according to the method described in JIS Z 8804.
本発明の樹脂組成物は、取扱い性が良好で、かつ、得られる造形物が高温下で良好な強度を示すため、精密機器、電気・電子製品、自動車等の製品又はそれらの部品あるいは筐体を立体造形する際の材として好適に用いることができる。よって、本発明はまた、本発明の樹脂組成物(本発明の光硬化性組成物)を光造形装置に用いることを特徴とする、光造形物の製造方法を提供する。 The resin composition of the present invention has good handleability, and the resulting molded article exhibits good strength at high temperatures, so products such as precision instruments, electric / electronic products, automobiles, etc. or parts or chassis thereof Can be suitably used as a material in three-dimensional modeling. Therefore, the present invention also provides a method for producing an optically shaped article, characterized in that the resin composition of the present invention (the photocurable composition of the present invention) is used for an optical shaping apparatus.
〔光造形物の製造方法〕
本発明の光造形物の製造方法は、本発明の光硬化性組成物を光造形装置に用いるのであれば特に限定はない。光造形装置としては公知のものを用いることができ、その装置の仕様に応じて本発明の光硬化性組成物を適用し、当該技術分野に従って光を照射して本発明の光硬化性組成物を硬化させることで、光造形物を調製することができる。照射できる光としては、紫外線、電子線、X線、放射線、高周波などを用いることができる。なお、光硬化性組成物の適用及び光照射による硬化は繰り返し行うことができる。
[Manufacturing method of a photofabricated object]
The method for producing an optically formed article of the present invention is not particularly limited as long as the photocurable composition of the present invention is used for an optical shaping apparatus. A publicly known thing can be used as an optical shaping apparatus, The photocurable composition of this invention is applied according to the specification of the apparatus, According to the said technical field, light is irradiated according to the said technical field, and the photocurable composition of this invention is made By curing, a photofabricated object can be prepared. As light which can be irradiated, ultraviolet light, electron beam, X-ray, radiation, high frequency and the like can be used. The application of the photocurable composition and the curing by light irradiation can be repeated.
具体的には、例えば、インクジェット方式により本発明の光硬化性組成物を用いて部品又は筐体を製造する場合、前記光硬化性組成物をインクジェット装置のカートリッジに充填し、ノズルから所望の形状に吐出させて光を照射して硬化物の層を形成後、当該層の上に前記吐出及び光照射を繰り返して硬化物の層を積層することにより得られる。 Specifically, for example, in the case of producing a part or a housing by using the photocurable composition of the present invention by the inkjet method, the photocurable composition is filled in the cartridge of the inkjet device, and the desired shape is obtained from the nozzle And a light is irradiated to form a cured product layer, and then the discharge and light irradiation are repeated on the layer to obtain a cured product layer.
かくして得られた本発明の光硬化性組成物の光造形物は、機械的強度に優れ、また、高温下で良好な強度を示すことから、本発明はまた、本発明の光硬化性組成物の光造形物を提供する。本発明の光造形物は、本発明の光硬化性組成物を光造形することから、前記した光硬化性組成物で挙げられた各種用途に好適に用いることができる。 The photofabricated product of the photocurable composition of the present invention thus obtained is excellent in mechanical strength and exhibits good strength at high temperatures. Therefore, the present invention is also directed to a photocurable composition of the present invention. Provide a light-shaped object of The photofabricated article of the present invention can be suitably used for various applications mentioned for the photocurable composition described above, since the photocurable composition of the present invention is photomolded.
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明する。なお、この実施例は、単なる本発明の例示であり、何ら限定を意味するものではない。例中の部は、特記しない限り質量部である。なお、「常圧」とは101.3kPaを、「常温」とは25℃を示す。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. Note that this example is merely an example of the present invention and does not mean any limitation. Parts in the examples are parts by weight unless otherwise stated. In addition, "atmospheric pressure" shows 101.3 kPa and "normal temperature" shows 25 degreeC.
〔微細セルロース繊維の数平均繊維径〕
微細セルロース繊維に水を加えて、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の繊維高さを測定する。その際、該セルロース繊維が確認できる顕微鏡画像において、微細セルロース繊維を5本以上抽出し、それらの繊維高さから数平均繊維径を算出する。
[Number-average fiber diameter of fine cellulose fibers]
Water is added to a fine cellulose fiber to prepare a dispersion having a concentration of 0.0001% by mass, and the dispersion is dropped onto mica (mica) and dried to obtain an atomic force microscope (observation sample). AFM, Nanoscope III Tapping mode AFM, manufactured by Digital instrument, and using a point probe (NCH) manufactured by Nanosensors Co., Ltd.) are used to measure the fiber height of the cellulose fiber in the observation sample. At that time, in a microscope image in which the cellulose fibers can be confirmed, five or more fine cellulose fibers are extracted, and the number average fiber diameter is calculated from the height of those fibers.
〔微細セルロース繊維のアスペクト比〕
平均アスペクト比は、分散液中のセルロース繊維濃度と分散液の水に対する比粘度との関係から、下記式(1)によりセルロース繊維のアスペクト比を逆算して求める。なお、下記式(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(セルロース繊維断面は正方形とする)、ρはセルロース繊維の濃度(kg/m3)、Mは分子量、NAはアボガドロ数を表す〕から導き出されるものである。また、上記の粘度式(8.138)において、剛直棒状分子をセルロース繊維とする。下記式(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。
[Aspect ratio of fine cellulose fiber]
The average aspect ratio is determined from the relationship between the concentration of cellulose fibers in the dispersion and the specific viscosity of the dispersion to water, by back-calculating the aspect ratio of the cellulose fibers according to the following equation (1). In addition, following formula (1) is the The Theory of Polymer Dynamics, M. DOI and D. F. The relationship between the viscosity equation (8.138) of a rigid rod molecule described in EDWARDS, CLARENDON PRESS OXFORD, 1986, P. 312 and Lb 2 × ρ = M / N A , wherein L is the fiber length and b is the fiber width (The cellulose fiber cross section is square), ρ is the concentration of cellulose fiber (kg / m 3 ), M is the molecular weight, and N A is the Avogadro number. In the above viscosity formula (8.138), the rigid rod-like molecule is cellulose fiber. In the following formula (1), η SP is a specific viscosity, π is a circle ratio, ln is a natural logarithm, P is an aspect ratio (L / b), γ = 0.8, and S S is a density of the dispersion medium (kg / m 3 ), ρ 0 is the density of cellulose crystals (kg / m 3 ), and C is the mass concentration of cellulose (C = ρ / ρ S ).
〔微細セルロース繊維及び微細セルロース繊維複合体のカルボキシ基含有量〕
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−50」)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)
[Carboxyl group content of fine cellulose fiber and fine cellulose fiber composite]
A dry mass of 0.5 g of fine cellulose fiber or fine cellulose fiber complex is placed in a 100 mL beaker, and ion-exchanged water or a mixed solvent of methanol / water = 2/1 is added to make a total of 55 mL, and there is 0.01 M sodium chloride aqueous solution 5 mL is added to prepare a dispersion, and the dispersion is stirred until the fine cellulose fiber or fine cellulose fiber composite is sufficiently dispersed. The pH is adjusted to 2.5 to 3 by adding 0.1 M hydrochloric acid to this dispersion, and a 0.05 M aqueous solution of sodium hydroxide is added using an automatic titrator (trade name "AUT-50" manufactured by Toa DK Co., Ltd.). The solution is dropped on the dispersion under the condition of a waiting time of 60 seconds, the value of the conductivity and pH is measured every minute, and the measurement is continued until the pH becomes around 11, to obtain a conductivity curve. The sodium hydroxide titration amount is determined from the conductivity curve, and the carboxy group content of the fine cellulose fiber or the fine cellulose fiber composite is calculated by the following equation.
Carboxy group content (mmol / g) = sodium hydroxide titer × sodium hydroxide aqueous solution concentration (0.05 M) / mass of cellulose fiber (0.5 g)
微細セルロース繊維の調製例1(天然セルロースにN−オキシル化合物を作用させて得られるカルボキシ基含有微細セルロース繊維(長繊維)の分散液)
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。
Preparation Example 1 of Fine Cellulose Fiber (Dispersion of Carboxy Group-Containing Fine Cellulose Fiber (Long Fiber) Obtained by reacting N-oxyl Compound with Natural Cellulose)
Softwood bleached kraft pulp (Fletcher Challenge Canada, trade name "Machenzie", CSF 650 ml) was used as a natural cellulose fiber. As TEMPO, a commercial item (manufactured by ALDRICH, Free radical, 98% by mass) was used. A commercially available product (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as sodium hypochlorite. A commercially available product (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as sodium bromide.
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、該パルプ質量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スタッドを用い、0.5M水酸化ナトリウムを滴下してpHを10.5に保持した。反応を120分(20℃)行った後、水酸化ナトリウムの滴下を停止し、酸化パルプを得た。イオン交換水を用いて得られた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を高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバーストラボ HJP−2 5005)を用いて245MPaで微細化処理を2回行い、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1.3質量%)を得た。この微細セルロース繊維の平均繊維径は3.3nm、カルボキシ基含有量は1.6mmol/g、アスペクト比は300であった。 First, 100 g of softwood bleached kraft pulp fiber is sufficiently stirred with 9900 g of ion-exchanged water, and then, with respect to 100 g of the pulp mass, 1.25 mass% of TEMPO, 12.5 mass% of sodium bromide, sodium hypochlorite 28 .4 wt% were added in this order. The pH was kept at 10.5 by dropwise addition of 0.5 M sodium hydroxide using a pH stud. The reaction was carried out for 120 minutes (20 ° C.), after which the dropping of sodium hydroxide was stopped to obtain an oxidized pulp. The obtained oxidized pulp was thoroughly washed with ion exchange water and then subjected to a dehydration treatment. After that, 3.9 g of oxidized pulp and 296.1 g of ion-exchanged water are finely divided twice at 245 MPa using a high-pressure homogenizer (Starburst Lab HJP-2505 manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain carboxy group-containing fine cellulose fiber A dispersion (solid concentration: 1.3% by mass) was obtained. The average fiber diameter of this fine cellulose fiber was 3.3 nm, the carboxy group content was 1.6 mmol / g, and the aspect ratio was 300.
微細セルロース繊維の調製例2(カルボキシ基含有微細セルロース繊維(短繊維)の分散液)
ビーカーに微細セルロース繊維の調製例1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100g(固形分濃度1.3質量%)にさらに高圧ホモジナイザーを用いて245MPaで微細化処理を50回行い、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1.3質量%)を得た。この微細セルロース繊維の平均繊維径は3.3nm、カルボキシ基含有量は1.6mmol/g、アスペクト比は50であった。
Preparation Example 2 of Fine Cellulose Fiber (Dispersion of Carboxyl-Containing Fine Cellulose Fiber (Short Fiber))
In a beaker, 100 g (solid content concentration: 1.3% by mass) of the carboxy group-containing fine cellulose fiber dispersion obtained in Preparation Example 1 of fine cellulose fiber is further subjected to 50 times of refinement treatment at 245 MPa using a high pressure homogenizer, A group-containing fine cellulose fiber dispersion (solid content concentration: 1.3% by mass) was obtained. The average fiber diameter of this fine cellulose fiber was 3.3 nm, the carboxy group content was 1.6 mmol / g, and the aspect ratio was 50.
微細セルロース繊維の調製例3(酸型処理して得られるカルボキシ基含有微細セルロース繊維(長繊維)分散液)
ビーカーに微細セルロース繊維の調製例1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4088.75g(固形分濃度1.3質量%)及びイオン交換水4085gを加え0.5質量%の水溶液とし、メカニカルスターラーにて室温下(25℃)、30分攪拌した。続いて1M塩酸水溶液を245g仕込み室温下、1時間反応させた。反応終了後、アセトンで再沈し、ろ過、その後、アセトン/イオン交換水にて洗浄を行い、塩酸及び塩を除去した。最後にアセトンを加えろ過し、アセトンにカルボキシ基含有微細セルロース繊維が膨潤した状態のアセトン含有酸型セルロース繊維分散液(固形分濃度5.0質量%)を得た。反応終了後、ろ過し、その後、イオン交換水にて洗浄を行い、塩酸及び塩を除去した。アセトンで溶媒置換した後、ジメチルホルムアミド(DMF)で溶媒置換し、カルボキシ基含有微細セルロース繊維が膨潤した状態のDMF含有酸型セルロース繊維分散液(固形分濃度5.4質量%)を得た。この微細セルロース繊維の平均繊維径は3.3nm、カルボキシ基含有量は1.6mmol/g、アスペクト比は300であった。
Preparation Example 3 of Fine Cellulose Fiber (Carboxyl Group-Containing Fine Cellulose Fiber (Long Fiber) Dispersion Obtained by Acid Type Treatment)
A carboxy group-containing fine cellulose fiber dispersion of 4088.75 g (solid content concentration: 1.3 mass%) obtained in Preparation Example 1 of fine cellulose fibers and 4085 g of ion-exchanged water are added to a beaker to make a 0.5 mass% aqueous solution, The mixture was stirred at room temperature (25 ° C.) for 30 minutes with a mechanical stirrer. Subsequently, 245 g of a 1 M aqueous hydrochloric acid solution was charged, and allowed to react at room temperature for 1 hour. After completion of the reaction, the reaction solution was reprecipitated with acetone, filtered, and then washed with acetone / ion-exchanged water to remove hydrochloric acid and salts. Finally, acetone was added and the mixture was filtered to obtain an acetone-containing acid type cellulose fiber dispersion (solid content concentration: 5.0% by mass) in a state where the carboxy group-containing fine cellulose fiber was swollen in acetone. After completion of the reaction, the reaction solution was filtered and then washed with ion exchanged water to remove hydrochloric acid and salts. After solvent substitution with acetone, solvent substitution is carried out with dimethylformamide (DMF) to obtain a DMF-containing acid type cellulose fiber dispersion (solid content concentration: 5.4% by mass) in a state where the carboxy group-containing fine cellulose fiber is swollen. The average fiber diameter of this fine cellulose fiber was 3.3 nm, the carboxy group content was 1.6 mmol / g, and the aspect ratio was 300.
微細セルロース繊維の調製例4(酸型処理して得られるカルボキシ基含有微細セルロース繊維(短繊維)分散液)
ビーカーに微細セルロース繊維の調製例2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4088.75g(固形分濃度1.3質量%)及びイオン交換水4085gを加え0.5質量%の水溶液とし、メカニカルスターラーにて室温下(25℃)、30分攪拌した。続いて1M塩酸水溶液を245g仕込み室温下、1時間反応させた。反応終了後、アセトンで再沈し、ろ過、その後、アセトン/イオン交換水にて洗浄を行い、塩酸及び塩を除去した。最後にアセトンを加えろ過し、アセトンにカルボキシ基含有微細セルロース繊維が膨潤した状態のアセトン含有酸型セルロース繊維分散液(固形分濃度5.0質量%)を得た。反応終了後、ろ過し、その後、イオン交換水にて洗浄を行い、塩酸及び塩を除去した。アセトンで溶媒置換した後、ジメチルホルムアミド(DMF)で溶媒置換し、カルボキシ基含有微細セルロース繊維が膨潤した状態のDMF含有酸型セルロース繊維分散液(固形分濃度6.4質量%)を得た。この微細セルロース繊維の平均繊維径は3.3nm、カルボキシ基含有量は1.6mmol/g、アスペクト比は50であった。
Preparation Example 4 of Fine Cellulose Fiber (Carboxyl Group-Containing Fine Cellulose Fiber (Short Fiber) Dispersion Obtained by Acid Type Treatment)
In a beaker, add 4088.75 g (solid content concentration: 1.3% by mass) of the carboxy group-containing fine cellulose fiber dispersion obtained in Preparation Example 2 of the fine cellulose fiber and 4085 g of ion exchanged water to obtain a 0.5% by mass aqueous solution The mixture was stirred at room temperature (25 ° C.) for 30 minutes with a mechanical stirrer. Subsequently, 245 g of a 1 M aqueous hydrochloric acid solution was charged, and allowed to react at room temperature for 1 hour. After completion of the reaction, the reaction solution was reprecipitated with acetone, filtered, and then washed with acetone / ion-exchanged water to remove hydrochloric acid and salts. Finally, acetone was added and the mixture was filtered to obtain an acetone-containing acid type cellulose fiber dispersion (solid content concentration: 5.0% by mass) in a state where the carboxy group-containing fine cellulose fiber was swollen in acetone. After completion of the reaction, the reaction solution was filtered and then washed with ion exchanged water to remove hydrochloric acid and salts. After solvent substitution with acetone, solvent substitution is carried out with dimethylformamide (DMF) to obtain a DMF-containing acid type cellulose fiber dispersion (solid content concentration: 6.4 mass%) in a state where the carboxy group-containing fine cellulose fiber is swollen. The average fiber diameter of this fine cellulose fiber was 3.3 nm, the carboxy group content was 1.6 mmol / g, and the aspect ratio was 50.
微細セルロース繊維複合体の製造例1(実施例1〜4、9、10、13、19)
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35g(固形分濃度5.4質量%)を仕込んだ。続いて、表1、2、又は4に示す種類のアミンを、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1.0molに相当する量、縮合剤である4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリニウムクロライド(DMT−MM)を微細セルロース繊維のカルボキシ基1molに対して2.2molに相当する量、N−メチルモルホリン(NMM)を微細セルロース繊維のカルボキシ基に対して1.2molに相当する量をそれぞれ仕込み、DMF300g中に溶解させ、反応液を室温(25℃)で14時間反応させた。反応終了後ろ過し、イオン交換水にて洗浄、DMT−MM塩を除去し、エタノールで洗浄及び溶媒置換することで、微細セルロース繊維にアミン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。
Production Example 1 of Fine Cellulose Fiber Complex (Examples 1 to 4, 9, 10, 13, 19)
In a beaker equipped with a magnetic stirrer and a stirrer, 35 g (solid content concentration: 5.4% by mass) of the carboxy group-containing fine cellulose fiber dispersion obtained in Preparation Example 3 of the fine cellulose fiber was charged. Subsequently, an amine of the type shown in Table 1, 2 or 4 was added in an amount corresponding to 1.0 mol of amine group to 1 mol of carboxy group of the fine cellulose fiber, 4- (4,6-dimethoxy- 1,3,5-Triazin-2-yl) -4-methylmorpholinium chloride (DMT-MM) in an amount corresponding to 2.2 mol per mol of carboxy groups of fine cellulose fiber, N-methylmorpholine (NMM) ) Was charged in an amount corresponding to 1.2 mol with respect to the carboxy group of the fine cellulose fiber, dissolved in 300 g of DMF, and the reaction solution was reacted at room temperature (25 ° C.) for 14 hours. After completion of the reaction, the reaction product is filtered, washed with ion-exchanged water, DMT-MM salt is removed, and washing with ethanol and solvent substitution are carried out to obtain a fine cellulose fiber complex in which amines are linked to fine cellulose fibers via amide bonds. Obtained.
微細セルロース繊維複合体の製造例2(実施例5〜8、11、12)
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4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35g(固形分濃度6.4質量%)を仕込んだ。続いて、表1又は2に示す種類のアミンを、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1.0molに相当する量、縮合剤であるDMT−MMを微細セルロース繊維のカルボキシ基1molに対して2.2molに相当する量、NMMを微細セルロース繊維のカルボキシ基に対して1.2molに相当する量をそれぞれ仕込み、DMF300g中に溶解させ、反応液を室温(25℃)で14時間反応させた。反応終了後ろ過し、イオン交換水にて洗浄、DMT−MM塩を除去し、エタノールで洗浄及び溶媒置換することで、微細セルロース繊維にアミン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。
Production Example 2 of Fine Cellulose Fiber Composite (Examples 5 to 8, 11 and 12)
In a beaker equipped with a magnetic stirrer and a stirrer, 35 g (solid content concentration: 6.4% by mass) of the carboxy group-containing fine cellulose fiber dispersion obtained in Preparation Example 4 of the fine cellulose fiber was charged. Subsequently, an amine of the type shown in Table 1 or 2 is added in an amount corresponding to 1.0 mol of amine group to 1 mol of carboxy group of the fine cellulose fiber, and DMT-MM as a condensing agent is 1 mol of carboxy group of the fine cellulose fiber. The amount corresponding to 2.2 mol and the amount corresponding to 1.2 mol with respect to the carboxy group of the fine cellulose fiber are respectively charged and dissolved in 300 g DMF, and the reaction solution is reacted at room temperature (25 ° C.) for 14 hours I did. After completion of the reaction, the reaction product is filtered, washed with ion-exchanged water, DMT-MM salt is removed, and washing with ethanol and solvent substitution are carried out to obtain a fine cellulose fiber complex in which amines are linked to fine cellulose fibers via amide bonds. Obtained.
微細セルロース繊維複合体の製造例3(実施例15〜17、20)
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35g(固形分濃度5.4質量%)を仕込んだ。続いて、表3又は4に示すアミンを、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1.0molに相当する量を仕込み、イオン交換水300g中に溶解させ、反応液を室温(25℃)で14時間反応させた。反応終了後ろ過し、イオン交換水にて洗浄、エタノ―ルで洗浄及び溶媒置換することで、微細セルロース繊維にアミンがイオン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。
Production Example 3 of Fine Cellulose Fiber Composite (Examples 15 to 17 and 20)
In a beaker equipped with a magnetic stirrer and a stirrer, 35 g (solid content concentration: 5.4% by mass) of the carboxy group-containing fine cellulose fiber dispersion obtained in Preparation Example 3 of the fine cellulose fiber was charged. Subsequently, the amine shown in Table 3 or 4 is charged in an amount corresponding to 1.0 mol of amine group to 1 mol of carboxy group of the fine cellulose fiber, and dissolved in 300 g of ion exchanged water. The reaction was allowed to proceed for 14 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was filtered, washed with ion exchanged water, washed with ethanol and solvent-replaced to obtain a fine cellulose fiber complex in which an amine is connected to the fine cellulose fiber via an ionic bond.
微細セルロース繊維複合体の製造例4(実施例14)
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35g(固形分濃度5.4質量%)を仕込んだ。続いて、アニリンを、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1.5molに相当する量、縮合剤であるDMT−MMを微細セルロース繊維のカルボキシ基1molに対して2.5molに相当する量、NMMを微細セルロース繊維のカルボキシル基に対して1.4molに相当する量をそれぞれ仕込み、DMF300g中に溶解させ、反応液を室温(25℃)で14時間反応させた。反応終了後ろ過し、イオン交換水にて洗浄、DMT−MM塩を除去し、エタノールで洗浄及び溶媒置換することで、微細セルロース繊維に、フェニル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。
<EOPO基修飾>
得られた微細セルロース繊維複合体分散液10g(固形分濃度5.0質量%)に対し、EO/PO共重合部を有するアミン(三井化学ファイン製、M―2070)を、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0.06molに相当する量を仕込み、イオン交換水100g中に溶解させ、反応液を室温(25℃)で14時間反応させた。反応終了後ろ過し、イオン交換水にて洗浄、エタノールで洗浄及び溶媒置換することで、微細セルロース繊維にアミド結合を介しフェニル基が、イオン結合を介してEOPO共重合体が連結した微細セルロース繊維複合体を得た。
Production Example 4 of Fine Cellulose Fiber Composite (Example 14)
In a beaker equipped with a magnetic stirrer and a stirrer, 35 g (solid content concentration: 5.4% by mass) of the carboxy group-containing fine cellulose fiber dispersion obtained in Preparation Example 3 of the fine cellulose fiber was charged. Subsequently, aniline is equivalent to 1.5 mol of amine group to 1 mol of carboxy group of fine cellulose fiber, DMT-MM as a condensing agent is 2.5 mol to 1 mol of carboxy group of fine cellulose fiber The amount and NMM were respectively charged in an amount corresponding to 1.4 mol with respect to the carboxyl group of the fine cellulose fiber, dissolved in 300 g of DMF, and the reaction solution was reacted at room temperature (25 ° C.) for 14 hours. After completion of the reaction, the reaction product is filtered, washed with ion-exchanged water, DMT-MM salt removed, washed with ethanol and solvent-replaced, and a fine cellulose fiber composite in which phenyl groups are linked to fine cellulose fibers via an amide bond. I got a body.
<EOPO group modification>
An amine having an EO / PO copolymer part (M-2070, manufactured by Mitsui Chemicals Fine) with respect to 10 g of the obtained fine cellulose fiber composite dispersion (solid content concentration: 5.0% by mass), the carboxy of the fine cellulose fiber An amount corresponding to 0.06 mol of an amine group was added to 1 mol of a group, dissolved in 100 g of ion exchanged water, and the reaction solution was allowed to react at room temperature (25 ° C.) for 14 hours. After completion of the reaction, filtration is carried out, washing is carried out with ion exchange water, washing with ethanol and solvent substitution are carried out, whereby a fine cellulose fiber is connected to an EOPO copolymer via an ionic bond and a phenyl group via an amide bond. The complex was obtained.
実施例1〜17
<アクリル樹脂組成物>
光硬化性樹脂前駆体として、OBJET FULLCURE720(ストラタシス社製、アクリル系樹脂組成物前駆体)50g(100質量部)、表1〜3に示す微細セルロース繊維複合体を表1〜3に示す量、エタノール20gをビーカーに添加し、超音波ホモジナイザー(US−300E、日本精機製作所社製)にて2分間攪拌、次いで、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバーストラボ HJP−2 5005)にて100MPaで2パス、150MPaで1パス微細処理させた。該均一混合物をガラスシャーレにそそぎ50℃で24時間真空乾燥を行うことで混合物中の溶媒成分を除去し、微細セルロース繊維複合体を0.1質量部含む樹脂組成物を製造した。得られた樹脂組成物の比重及び粘度を表1〜3に示す。
なお、粘度は東機産業製の粘度計(ViscometerTV−35)及び温調ユニット(ViscomateVM−150III)を用い、測定温度25℃、測定時間1分、回転数1rpm、ローターT1の条件で分析を行った。また、比重はJIS Z 8804に記載の方法に則り、10mL容の比重瓶を用いて測定を行った。
Examples 1 to 17
<Acrylic resin composition>
50 g (100 parts by mass) of OBJET FULL CURE 720 (acrylic resin composition precursor manufactured by Stratasys, Inc.) as a photocurable resin precursor, the amount of the fine cellulose fiber composite shown in Tables 1 to 3 shown in Tables 1 to 3 Add 20 g of ethanol to a beaker, stir for 2 minutes with an ultrasonic homogenizer (US-300E, manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd.), and then, at 100 MPa with a high pressure homogenizer (Sugino Machine, Starburst Lab HJP-25005) Two passes, one pass was finely processed at 150 MPa. The homogeneous mixture was poured into a glass petri dish and vacuum dried at 50 ° C. for 24 hours to remove the solvent component in the mixture, thereby producing a resin composition containing 0.1 parts by mass of a fine cellulose fiber composite. The specific gravity and the viscosity of the obtained resin composition are shown in Tables 1 to 3.
The viscosity is analyzed using a viscometer (Viscometer TV-35) and a temperature control unit (Viscomate VM-150III) manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. under conditions of 25 ° C. measurement time, 1 minute measurement time, 1 rpm rotation speed, and rotor T1. The The specific gravity was measured using a 10 mL pycnometer according to the method described in JIS Z 8804.
<アクリル樹脂組成物の硬化>
得られた樹脂組成物をポリイミドフィルム上に厚さ約0.4mmになるようバーコーターを用いて均一に塗布した後、UV照射装置(フュージョンジャパン性Light Hammer10、光源はヘレウス社製Hバルブ)を用い、ランプ高さ67mm、ベルトスピード15.8、出力90%に設定し(放射光量約94mJ/cm2)、窒素置換後にUV照射を行い樹脂を硬化させることで、微細セルロース繊維複合体を0.1質量部含むアクリル樹脂組成物の光造形物を得た。窒素置換は窒素置換装置にイナートボックスをセットし、1分置換することで行った。
<Curing of acrylic resin composition>
The resulting resin composition was uniformly coated on a polyimide film to a thickness of about 0.4 mm using a bar coater, and then a UV irradiation apparatus (Fusion Japan-type Light Hammer 10, light source: H bulb manufactured by Heraeus) was used. Using a lamp height of 67 mm, a belt speed of 15.8, and an output of 90% (approximately 94 mJ / cm 2 of radiation), UV irradiation after nitrogen substitution to cure the resin allows the fine cellulose fiber composite to be 0 A photofabricated product of an acrylic resin composition containing 1 part by mass was obtained. Nitrogen substitution was performed by setting an inert box in a nitrogen substitution apparatus and substituting for 1 minute.
実施例18
微細セルロース繊維複合体に代えて調製例3で得たDMF含有酸型セルロース繊維分散液を用い、配合量を表3のように変更したこと以外は実施例1と同様の方法で樹脂組成物及び該組成物の光造形物を製造した。
Example 18
A resin composition and a resin composition were prepared in the same manner as in Example 1, except that the DMF-containing acid type cellulose fiber dispersion obtained in Preparation Example 3 was used instead of the fine cellulose fiber composite and the compounding amount was changed as shown in Table 3. A photofabric of the composition was produced.
比較例1
微細セルロース繊維複合体を使用しなかった以外は実施例1と同様の方法で樹脂組成物及び該組成物の光造形物を製造した。
Comparative Example 1
A resin composition and a photofabricated product of the composition were produced in the same manner as in Example 1 except that the fine cellulose fiber composite was not used.
実施例19〜20(エポキシ樹脂)
使用する光硬化性樹脂前駆体をディーメック社製SCR774(エポキシ系樹脂組成物前駆体)に変更し、使用する微細セルロース繊維複合体の種類及び量を表4のように変更したこと以外は実施例1と同様の方法で樹脂組成物及び該組成物の光造形物を製造した。
Examples 19 to 20 (epoxy resin)
The photocurable resin precursor to be used was changed to SCR 774 (epoxy resin composition precursor) manufactured by DMEC, and the type and amount of the fine cellulose fiber composite to be used were changed as shown in Table 4 A resin composition and a photofabricated product of the composition were produced in the same manner as in Example 1.
比較例2
微細セルロース繊維複合体を使用しなかった以外は実施例19と同様の方法で樹脂組成物及び該組成物の光造形物を製造した。
Comparative example 2
A resin composition and a photofabricated product of the composition were produced in the same manner as in Example 19 except that the fine cellulose fiber composite was not used.
なお、表1〜4における原料は以下の通りである。
〔光硬化性樹脂前駆体〕
OBJET FULLCURE720:アクリル系樹脂組成物前駆体、ストラタシス社製、インクジェット方式3Dプリンター用
SCR774:エポキシ系樹脂組成物前駆体、ディーメック社製、光造形方式3Dプリンター用
〔アミン〕
EOPOアミン:Jeffamine M−2070、HUNTSMAN社製、EO/PO(モル比)32/10
C18アミン:ステアリルアミン(オクタデシルアミン)、東京化成製
C12アミン:ドデシルアミン、和光純薬工業製
TBAH:水酸化テトラブチルアンモニウム(テトラブチルアンモニウムヒドロキシド)、和光純薬工業製
アニリン:和光純薬工業製
In addition, the raw material in Tables 1-4 is as follows.
[Photo-curable resin precursor]
OBJET FULL CURE 720: acrylic resin composition precursor, manufactured by Stratasys, SCR 774 for inkjet 3D printer: epoxy resin composition precursor, manufactured by DMEC, for stereolithography 3D printer [amine]
EOPO amine: Jeffamine M-2070, manufactured by HUNTSMAN, EO / PO (molar ratio) 32/10
C18 amine: stearylamine (octadecylamine), Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. C12 amine: dodecylamine, Wako Pure Chemical Industries TBAH: tetrabutylammonium hydroxide (tetrabutylammonium hydroxide), Wako Pure Chemical Industries aniline: aniline Wako Pure Chemical Industries Made
得られた光造形物(造形物)の特性を、下記の試験例1の方法に従って評価した。結果を表1〜4に示す。 The properties of the resulting light-shaped object (shaped object) were evaluated according to the method of Test Example 1 below. The results are shown in Tables 1 to 4.
試験例1(貯蔵弾性率)
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、−50℃から250℃まで、1分間に2℃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100℃(アクリル樹脂)又は200℃(エポキシ樹脂)の値を用いた。貯蔵弾性率の値が大きいほど機械的強度に優れることを示し、アクリル樹脂組成物の場合は6MPa以上であることが、エポキシ樹脂組成物の場合は90MPa以上であることが好ましい。
Test Example 1 (storage elastic modulus)
Using a dynamic viscoelastic device (trade name "DMS 6100" manufactured by SII), a strip-shaped sample having a width of 5 mm and a length of 20 mm under nitrogen atmosphere at a frequency of 1 Hz from -50 ° C to 250 ° C for 1 minute The temperature was increased at a rate of 2 ° C. and measured in the tension mode. The storage elastic modulus number used the value of 100 degreeC (acrylic resin) or 200 degreeC (epoxy resin). The larger the value of the storage elastic modulus, the better the mechanical strength, and in the case of the acrylic resin composition, it is preferably 6 MPa or more, and in the case of the epoxy resin composition, it is preferably 90 MPa or more.
表1〜4に示す結果から明らかなとおり、実施例で得られた樹脂組成物は比較例の組成物より取扱い性が良好な粘性を有するものであり、また、光硬化して得られた光造形物は比較例で得られた光造形物と比べて、Tg以上の高温(FullCure720で90℃以上、SCR774で180℃以上)で強度を発現していることがわかる。 As apparent from the results shown in Tables 1 to 4, the resin compositions obtained in the examples have a viscosity that is better in handleability than the compositions of the comparative examples, and light obtained by photocuring It can be seen that the shaped object develops strength at a high temperature (90 ° C. or higher for FullCure 720 and 180 ° C. or higher for SCR 774) at a temperature higher than Tg as compared with the optical shaped object obtained in the comparative example.
<アクリル樹脂前駆体組成物>
微細セルロース繊維複合体の製造例2と同様にして得られるEOPOアミン(三井化学ファイン製、M―2070)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固形分含有量が0.5gになるようビーカーに入れ、光硬化性樹脂前駆体として、FullCure720(ストラタシス社製、アクリル系樹脂組成物)50g、エタノール20gを順次添加し、超音波ホモジナイザー(US−300E、日本精機製作所社製)にて2分間攪拌、高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製、スターバーストラボ HJP−2 5005)にて100MPaで2パス、150MPaで1パス微細処理させる。該均一混合物をガラスシャーレにそそぎ50℃で24時間真空乾燥を行うことで混合物中の溶媒成分を除去し、微細セルロース繊維複合体を1質量部含む樹脂組成物を製造する。
<Acrylic resin precursor composition>
An EOPO amine (Mitsui Chemical Fine, M-2070) obtained in the same manner as in Production Example 2 of a fine cellulose fiber composite has a solid content of 0.5 g, and the fine cellulose fiber composite is connected via an amide bond. The solution was placed in a beaker so that 50 g of FullCure 720 (manufactured by Stratasys, acrylic resin composition) and 20 g of ethanol were sequentially added as a photocurable resin precursor, and the mixture was added to an ultrasonic homogenizer (US-300E, manufactured by Nippon Seiki Co., Ltd.) The mixture is stirred for 2 minutes, and finely treated at 100 MPa for 2 passes and high pressure homogenizer (made by Sugino Machine Co., Ltd., Starburst Lab HJP-25005) for 1 pass at 150 MPa for 2 passes. The homogeneous mixture is poured into a glass petri dish and vacuum-dried at 50 ° C. for 24 hours to remove the solvent component in the mixture, thereby producing a resin composition containing 1 part by mass of the fine cellulose fiber composite.
<インクジェット型光造形装置を用いた光造形物の作成>
得られた樹脂組成物をフジフイルム社製インクカートリッジ(Dimatix DMP−2831)に充填し、カートリッジ温度を70℃に設定して、Dimatix標準パターンの波形パターンを入力して吐出する。その後、UV照射装置(フュージョンジャパン製Light Hammer10、光源はヘレウス社製Hバルブ)を用い、ランプ高さ67mm、ベルトスピード15.8、出力90%に設定し(放射光量約94mJ/cm2)、窒素置換後にUV照射を行い樹脂を硬化させることで、微細セルロース繊維複合体を1質量部含むアクリル樹脂組成物からなる耐熱性の薄膜状光造形物を得ることが出来る。また、上記工程を所定の回数繰り返すことで、三次元的な厚みを持った耐熱性の光造形物を得ることが出来る。
<Production of an optically shaped object using an inkjet type optical shaping apparatus>
The obtained resin composition is filled in an ink cartridge (Dimatix DMP-2831) manufactured by FUJIFILM Corporation, the cartridge temperature is set to 70 ° C., and a waveform pattern of Dimatix standard pattern is inputted and discharged. After that, using a UV irradiation device (Light Hammer 10 made by Fusion Japan, a light source is a H bulb made by Heraeus), the lamp height is set to 67 mm, the belt speed 15.8, and the output 90% (radiant light amount approx. 94 mJ / cm 2 ) After the nitrogen substitution, UV irradiation is performed to cure the resin, whereby a heat-resistant thin-film photoshaped object made of an acrylic resin composition containing 1 part by mass of a fine cellulose fiber composite can be obtained. In addition, by repeating the above process a predetermined number of times, it is possible to obtain a heat-resistant photofabricated object having a three-dimensional thickness.
本発明の三次元造形用の光硬化性組成物は、精密機器、電気・電子製品、自動車等の製品又はそれらの部品あるいは筐体を立体造形する際の材として好適に使用することができる。 The photocurable composition for three-dimensional shaping of the present invention can be suitably used as a material for three-dimensional shaping of products such as precision instruments, electric / electronic products and automobiles, or parts or casings thereof.
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