JP7121576B2 - Method for producing fibrous cellulose composite resin and fibrous cellulose-containing material, and fibrous cellulose composite resin - Google Patents
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Description
本発明は、繊維状セルロース複合樹脂及び繊維状セルロース含有物の製造方法、並びに繊維状セルロース複合樹脂に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fibrous cellulose composite resin, a method for producing a fibrous cellulose-containing material, and a fibrous cellulose composite resin.
近年、物質をナノメートルレベルまで微細化し、物質が持つ従来の性状とは異なる新たな物性を得ることを目的としたナノテクノロジーが注目されている。化学処理、粉砕処理等によりセルロース系原料であるパルプから製造されるセルロースナノファイバーは、強度、弾性、熱安定性等に優れているため、ろ過材、ろ過助剤、イオン交換体の基材、クロマトグラフィー分析機器の充填材、樹脂及びゴムの配合用充填剤等としての工業上の用途や、口紅、粉末化粧料、乳化化粧料等の化粧品の配合剤の用途に用いられることが期待されている。また、セルロースナノファイバーは、水系分散性に優れているため、食品、化粧品、塗料等の粘度の保持剤、食品原料生地の強化剤、水分保持剤、食品安定化剤、低カロリー添加物、乳化安定化助剤などの多くの用途における利用も期待されている。 In recent years, attention has been focused on nanotechnology, which is aimed at miniaturizing substances to the nanometer level and obtaining new physical properties that are different from the conventional properties of substances. Cellulose nanofibers, which are produced from pulp, a cellulosic raw material, by chemical treatment, pulverization, etc., are excellent in strength, elasticity, thermal stability, etc. It is expected to be used for industrial applications such as fillers for chromatographic analysis equipment, fillers for compounding resins and rubbers, and compounding agents for cosmetics such as lipsticks, powdered cosmetics, and emulsified cosmetics. there is In addition, cellulose nanofiber has excellent water-based dispersibility, so it can be used as a viscosity-retaining agent for foods, cosmetics, paints, etc., as a reinforcing agent for food raw material dough, as a moisture-retaining agent, as a food stabilizer, as a low-calorie additive, as an emulsifier. It is also expected to be used in many applications such as a stabilizing aid.
そして、現在では、植物繊維を微細化して得られるセルロースナノファイバーを樹脂の補強材として使用する提案がされている。しかしながら、樹脂補強材としてセルロースナノファイバーを使用する場合、当該セルロースナノファイバーは、多糖類の水酸基に由来する分子間水素結合により不可逆的に凝集する。また、樹脂との混練を無理に進めようとしても繊維が千切れてしまい、樹脂中で十分な三次元ネットワークを構築できない。したがって、セルロースナノファイバーを補強材として使用しても、樹脂中における当該セルロースナノファイバーの分散性が悪く、十分な三次元ネットワークを構築できない。結果、樹脂の補強効果が十分に発揮されないとの問題がある。 At present, proposals have been made to use cellulose nanofibers, which are obtained by miniaturizing plant fibers, as reinforcing materials for resins. However, when cellulose nanofibers are used as a resin reinforcing material, the cellulose nanofibers irreversibly aggregate due to intermolecular hydrogen bonds derived from hydroxyl groups of polysaccharides. In addition, even if the kneading with the resin is attempted to proceed forcibly, the fibers are torn off and a sufficient three-dimensional network cannot be constructed in the resin. Therefore, even if cellulose nanofibers are used as a reinforcing material, the dispersibility of the cellulose nanofibers in the resin is poor, and a sufficient three-dimensional network cannot be constructed. As a result, there is a problem that the reinforcing effect of the resin is not sufficiently exhibited.
そこで、特許文献1は、セルロース繊維の分散性を高めるために、有機溶媒の使用、特に水溶性溶媒の使用を提案している。しかしながら、同文献自体が指摘しているように、有機溶媒を使用すると、生産性の低下や、製造コストの増加等の問題が生じる。また、有機溶媒を使用すると、セルロース繊維を添加した複合樹脂について強度が不十分になるおそれがある。さらに、同文献は、セルロース繊維をホモジナイズ処理して平均繊維径が10~800nmの微細繊維にし、ホモジナイズ処理した処理液を脱液、乾燥するとしているが、本発明者等が認識するところによると、当該処理液の脱液(脱水)は極めて困難である。脱水が困難であると、その後に行う乾燥に要するエネルギーが大きなものとなる。 Therefore, Patent Document 1 proposes the use of an organic solvent, particularly a water-soluble solvent, in order to improve the dispersibility of cellulose fibers. However, as pointed out in the same document itself, the use of organic solvents causes problems such as a decrease in productivity and an increase in production costs. Also, if an organic solvent is used, the strength of the composite resin to which cellulose fibers are added may be insufficient. Furthermore, the same document states that cellulose fibers are homogenized into fine fibers having an average fiber diameter of 10 to 800 nm, and the homogenized treatment liquid is drained and dried, but the present inventors recognize that However, it is extremely difficult to remove (dehydrate) the processing liquid. If the dehydration is difficult, the energy required for subsequent drying becomes large.
そこで、特許文献2の提案が参考になる。同提案は、微細繊維状セルロースの輸送コスト及び保管コストを削減することを目的するものである。同文献は、この目的のために平均繊維幅が2nm~200nmの微細繊維状セルロース分散液を濃縮し、この際、所定の凝集剤を添加して微細繊維状セルロースを凝集させ、その後に、微細繊維状セルロース分散液を濾過して水を除去するとするものである。同文献の方法は、有機溶媒の使用を必須のものとするものではなく、この点で上記特許文献1の問題を有しない。しかしながら、本発明者等は、同文献の提案によっても脱水は困難であると考えている。また、仮に脱水を行うことができたとしても、凝集剤を添加すると複合樹脂の補強効果が損なわれる可能性がある。 Therefore, the proposal of Patent Document 2 is helpful. The proposal aims to reduce the transportation and storage costs of fine fibrous cellulose. In the same document, for this purpose, a dispersion of fine fibrous cellulose having an average fiber width of 2 nm to 200 nm is concentrated, and at this time, a predetermined flocculant is added to aggregate the fine fibrous cellulose. The fibrous cellulose dispersion is filtered to remove water. The method of this document does not require the use of an organic solvent, and in this respect it does not have the problem of Patent Document 1 above. However, the inventors of the present invention believe that dehydration is difficult even with the proposal of the document. Moreover, even if dehydration can be performed, the addition of a flocculant may impair the reinforcing effect of the composite resin.
本発明が解決しようとする主たる課題は、強度の高い繊維状セルロース複合樹脂を製造する方法、複合樹脂を補強する効果の高い繊維状セルロース含有物を製造する方法、及び強度の高い繊維状セルロース複合樹脂を提供することにある。 The main problems to be solved by the present invention are a method for producing a fibrous cellulose composite resin with high strength, a method for producing a fibrous cellulose-containing material highly effective in reinforcing the composite resin, and a fibrous cellulose composite with high strength. It is to provide a resin.
本発明者らは、上記課題を解決するためにセルロースナノファイバー(セルロース微細繊維)に様々な処理を施し、またセルロースナノファイバーと樹脂との混練方法を模索した。つまり、セルロースナノファイバーの使用を前提として様々な研究を行った。しかしながら、セルロースナノファイバーを樹脂に複合する際、例えば、疎水変性を施し、あるいは相溶化剤を使用してもセルロースナノファイバーの樹脂中での分散性が十分なものにはならず、樹脂中で十分な三次元ネットワークが形成されないため、十分な補強効果が得られなかった。しかるに、その研究の過程において、繊維状セルロースがセルロースナノファイバーであるよりもマイクロ繊維セルロースである方が、樹脂中での分散性が良好であり、樹脂中において十分な三次元ネットワークを形成させることが可能であり、良好な補強効果が得られることを見出した。しかも、所定の繊維幅を有するマイクロ繊維セルロースは、セルロースナノファイバーと異なり、脱水可能であることも見出した。このような経緯のもと、上記課題を解決するために想到するに至ったのが、下記に示す手段である。 In order to solve the above problems, the present inventors performed various treatments on cellulose nanofibers (cellulose fine fibers) and searched for a method of kneading cellulose nanofibers and a resin. In other words, various studies were conducted on the premise of using cellulose nanofibers. However, when cellulose nanofibers are combined with a resin, for example, even if hydrophobic modification is applied or a compatibilizer is used, the dispersibility of cellulose nanofibers in the resin is not sufficient. A sufficient reinforcing effect was not obtained because a sufficient three-dimensional network was not formed. However, in the course of the research, it was found that microfibrous cellulose has better dispersibility in resin than cellulose nanofiber as fibrous cellulose and forms a sufficient three-dimensional network in resin. It was found that it is possible to obtain a good reinforcing effect. Moreover, the inventors have also found that microfiber cellulose having a predetermined fiber width can be dehydrated, unlike cellulose nanofibers. Under such circumstances, the following means have been conceived to solve the above problems.
(請求項1に記載の手段)
原料繊維を平均繊維幅が0.1μm以上、かつフィブリル化率30%以下に留まる範囲で解繊してマイクロ繊維セルロースの分散液を得、当該マイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥し、樹脂を添加して混練する方法であり、
前記マイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥するに先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が30質量%以上、93質量%以下になるまで脱水する、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。
(Means according to claim 1)
A dispersion of microfiber cellulose is obtained by fibrillating raw material fibers in a range in which the average fiber width is 0.1 μm or more and the fibrillation rate is 30% or less , the dispersion of microfiber cellulose is dried, and a resin is added. is a method of kneading by
Prior to drying the microfiber cellulose dispersion, dehydration is performed until the water content of the microfiber cellulose dispersion is 30% by mass or more and 93% by mass or less.
A method for producing a fibrous cellulose composite resin, characterized by:
(請求項2に記載の手段)
前記解繊は、前記マイクロ繊維セルロースの保水度が380%以下となるように行う、
請求項1に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。
(Means according to claim 2)
The defibration is performed so that the water retention of the microfiber cellulose is 380% or less,
The method for producing the fibrous cellulose composite resin according to claim 1.
(請求項3に記載の手段)
前記解繊は、前記マイクロ繊維セルロースのフィブリル化率が1%以上となるように行う、
請求項1又は請求項2に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。
(Means according to claim 3)
The fibrillation is performed so that the fibrillation rate of the microfiber cellulose is 1% or more,
The method for producing the fibrous cellulose composite resin according to claim 1 or 2.
(請求項4に記載の手段)
前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水に先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液に樹脂粉末を添加し、
かつ、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水及び乾燥後に添加する樹脂として樹脂ペレットを使用する、
請求項1~3のいずれか1項に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。
(Means according to claim 4)
adding resin powder to the microfiber cellulose dispersion prior to dehydration of the microfiber cellulose dispersion;
and using resin pellets as the resin added after dehydration and drying of the microfiber cellulose dispersion.
A method for producing a fibrous cellulose composite resin according to any one of claims 1 to 3.
(請求項5に記載の手段)
前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水に先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液に樹脂粉末を添加し、
かつ、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水及び乾燥後に樹脂を添加しない、
請求項1~3のいずれか1項に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。
(Means according to claim 5)
adding resin powder to the microfiber cellulose dispersion prior to dehydration of the microfiber cellulose dispersion;
and no resin is added after dehydration and drying of the microfiber cellulose dispersion.
A method for producing a fibrous cellulose composite resin according to any one of claims 1 to 3.
(請求項6に記載の手段)
原料繊維を平均繊維幅が0.1μm以上、かつフィブリル化率30%以下に留まる範囲で解繊してマイクロ繊維セルロースの分散液を得、当該マイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥する方法であり、
前記マイクロ繊維セルロースの分散液の乾燥に先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が30質量%以上、93質量%以下になるまで脱水する、
ことを特徴とする繊維状セルロース含有物の製造方法。
(Means according to claim 6)
A method of defibrating raw material fibers in a range where the average fiber width is 0.1 μm or more and the fibrillation rate is 30% or less to obtain a dispersion of microfiber cellulose, and drying the dispersion of microfiber cellulose,
Prior to drying the microfiber cellulose dispersion, dehydration is performed until the water content of the microfiber cellulose dispersion is 30% by mass or more and 93% by mass or less.
A method for producing a fibrous cellulose-containing material, characterized by:
(請求項7に記載の手段)
平均繊維幅が0.1μm以上、かつフィブリル化率30%以下のマイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥した繊維状セルロース含有物と、樹脂とを含み、
前記繊維状セルロース含有物は、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の乾燥に先立って当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が30質量%以上、93質量%以下になるまで脱水されたものである、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂。
(Means according to claim 7)
A fibrous cellulose content obtained by drying a dispersion of microfiber cellulose having an average fiber width of 0.1 μm or more and a fibrillation rate of 30% or less , and a resin,
The fibrous cellulose-containing material is dehydrated prior to drying the microfiber cellulose dispersion until the water content of the microfiber cellulose dispersion is 30% by mass or more and 93% by mass or less.
A fibrous cellulose composite resin characterized by:
本発明によると、強度の高い繊維状セルロース複合樹脂を製造する方法、複合樹脂を補強する効果の高い繊維状セルロース含有物を製造する方法、及び強度の高い繊維状セルロース複合樹脂となる。 According to the present invention, there are provided a method for producing a fibrous cellulose composite resin with high strength, a method for producing a fibrous cellulose-containing material highly effective in reinforcing the composite resin, and a fibrous cellulose composite resin with high strength.
次に、発明を実施するための形態を説明する。なお、本実施の形態は本発明の一例であり、本発明の範囲は本実施の形態の範囲に限定されない。 Next, a mode for carrying out the invention will be described. Note that the present embodiment is an example of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the scope of the present embodiment.
本形態の方法は、次の2つの方法に主に分類することができる。一方は、まず、原料繊維を平均繊維幅が0.1μm以上に留まる範囲で解繊してマイクロ繊維セルロースの分散液(なお、この分散液の含水率は特に限定されず、後述するように含水率が低い場合も含む。)とし、このマイクロ繊維セルロースの分散液を脱水及び乾燥した後、樹脂を添加し、混練して繊維状セルロース複合樹脂にするというものである。もう一方は、原料繊維を平均繊維幅が0.1μm以上に留まる範囲で解繊してマイクロ繊維セルロースの分散液とし、このマイクロ繊維セルロースの分散液に樹脂粉末を添加し、脱水及び乾燥した後、そのまま混練して、又は必要により更に樹脂ペレットを添加し、混練して繊維状セルロース複合樹脂にするというものである。以下の記載は、特にこれに反する記載がない限り、いずれの方法にも妥当するもので、いずれか一方の方法のみに妥当する場合は、その都度その旨を記載する。 The method of this embodiment can be mainly classified into the following two methods. On the other hand, first, the raw material fibers are fibrillated in a range in which the average fiber width remains at 0.1 μm or more, and a dispersion of microfiber cellulose (the water content of this dispersion is not particularly limited, and a water-containing (including cases where the ratio is low), and after dehydrating and drying this microfiber cellulose dispersion, a resin is added and kneaded to form a fibrous cellulose composite resin. On the other hand, the raw material fibers are fibrillated in a range in which the average fiber width remains at 0.1 μm or more to obtain a dispersion of microfiber cellulose, resin powder is added to the dispersion of microfiber cellulose, dehydrated and dried. The mixture is kneaded as it is, or if necessary, resin pellets are further added and kneaded to form a fibrous cellulose composite resin. Unless otherwise specified, the following description applies to both methods, and if it applies to only one method, it will be stated accordingly.
(原料繊維)
平均繊維幅0.1μm以上のマイクロ繊維セルロースは、原料繊維を微細化(解繊)処理して得ることができる。原料となる繊維としては、植物由来の繊維、動物由来の繊維、微生物由来の繊維等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。ただし、植物繊維であるパルプ繊維(原料パルプ)を使用するのが好ましい。原料繊維がパルプ繊維であると、安価であり、また、サーマルリサイクルの問題を避けることができる。
(Raw material fiber)
Microfiber cellulose having an average fiber width of 0.1 μm or more can be obtained by subjecting raw material fibers to a finer (defibration) treatment. As the raw material fibers, one or more of plant-derived fibers, animal-derived fibers, microorganism-derived fibers, and the like can be selected and used. However, it is preferable to use pulp fibers (raw material pulp) that are vegetable fibers. If the raw material fiber is pulp fiber, it is inexpensive and can avoid the problem of thermal recycling.
植物由来の繊維としては、広葉樹、針葉樹等を原料とする木材パルプ、ワラ・バガス等を原料とする非木材パルプ、回収古紙、損紙等を原料とする古紙パルプ(DIP)等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 Plant-derived fibers include 1 from wood pulp made from broad-leaved trees, conifers, etc., non-wood pulp made from straw, bagasse, etc., and waste paper pulp (DIP) made from recycled waste paper, waste paper, etc. A species or two or more species can be selected and used.
木材パルプとしては、広葉樹クラフトパルプ(LKP)、針葉樹クラフトパルプ(NKP)等の化学パルプ、機械パルプ(TMP)、古紙パルプ(DIP)の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。これらのパルプは、製紙用途で使用されているパルプであり、これらのパルプを使用することで、既存設備を有効に活用することができる。 As the wood pulp, one or more of chemical pulps such as hardwood kraft pulp (LKP) and softwood kraft pulp (NKP), mechanical pulp (TMP), and waste paper pulp (DIP) are selected and used. can be done. These pulps are pulps used in papermaking applications, and by using these pulps, existing equipment can be effectively utilized.
なお、広葉樹クラフトパルプ(LKP)は、広葉樹晒クラフトパルプであっても、広葉樹未晒クラフトパルプであっても、広葉樹半晒クラフトパルプであってもよい。同様に、針葉樹クラフトパルプ(NKP)は、針葉樹晒クラフトパルプであっても、針葉樹未晒クラフトパルプであっても、針葉樹半晒クラフトパルプであってもよい。 The hardwood kraft pulp (LKP) may be bleached hardwood kraft pulp, unbleached hardwood kraft pulp, or semi-bleached hardwood kraft pulp. Similarly, softwood kraft pulp (NKP) may be softwood bleached kraft pulp, softwood unbleached kraft pulp, or softwood semi-bleached kraft pulp.
また、古紙パルプ(DIP)は、雑誌古紙パルプ(MDIP)であっても、新聞古紙パルプ(NDIP)であっても、段古紙パルプ(WP)であっても、その他の古紙パルプであってもよい。 The waste paper pulp (DIP) may be magazine waste paper pulp (MDIP), newspaper waste paper pulp (NDIP), corrugated waste paper pulp (WP), or other waste paper pulp. good.
さらに、機械パルプとしては、例えば、ストーングランドパルプ(SGP)、加圧ストーングランドパルプ(PGW)、リファイナーグランドパルプ(RGP)、ケミグランドパルプ(CGP)、サーモグランドパルプ(TGP)、グランドパルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、リファイナーメカニカルパルプ(RMP)、漂白サーモメカニカルパルプ(BTMP)等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 Furthermore, as mechanical pulp, for example, stone ground pulp (SGP), pressure stone ground pulp (PGW), refiner ground pulp (RGP), chemi ground pulp (CGP), thermo ground pulp (TGP), ground pulp (GP ), thermomechanical pulp (TMP), chemithermomechanical pulp (CTMP), refiner mechanical pulp (RMP), bleached thermomechanical pulp (BTMP), and the like. .
(前処理)
原料繊維は、解繊処理に先立って化学的手法によって前処理するのが好ましい。微細化(解繊)処理に先立って化学的手法によって前処理することで、微細化処理の回数を大幅に減らすことができ、微細化処理のエネルギーを大幅に削減することができる。
(Preprocessing)
The raw fibers are preferably pretreated by a chemical method prior to defibration. Pretreatment by a chemical method prior to the refining (fibrillation) treatment can significantly reduce the number of refining treatments and significantly reduce the energy required for the refining treatment.
化学的手法による前処理としては、酸による多糖の加水分解(酸処理)、酵素による多糖の加水分解(酵素処理)、アルカリによる多糖の膨潤(アルカリ処理)、酸化剤による多糖の酸化(酸化処理)、還元剤による多糖の還元(還元処理)等を例示することができる。 Pretreatments by chemical methods include hydrolysis of polysaccharides by acid (acid treatment), hydrolysis of polysaccharides by enzymes (enzyme treatment), swelling of polysaccharides by alkali (alkali treatment), and oxidation of polysaccharides by oxidants (oxidation treatment). ), reduction of polysaccharides with a reducing agent (reduction treatment), and the like.
微細化処理に先立ってアルカリ処理を施すことで、パルプが持つヘミセルロースやセルロースの水酸基が一部解離し、分子がアニオン化することで分子内及び分子間水素結合が弱まり、微細化処理におけるパルプ繊維の分散を促進する効果がある。 By performing alkali treatment prior to the refining process, some of the hydroxyl groups of the hemicellulose and cellulose that the pulp possesses are dissociated, and the molecules are anionized, weakening the intramolecular and intermolecular hydrogen bonds. It has the effect of promoting the dispersion of
アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、アンモニア水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム等の有機アルカリ等を使用することができるが、製造コストの観点から、水酸化ナトリウムを使用するのが好ましい。 Examples of the alkali include organic alkalis such as sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide, aqueous ammonia solution, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, and benzyltrimethylammonium hydroxide. However, it is preferable to use sodium hydroxide from the viewpoint of manufacturing cost.
微細化処理に先立って酵素処理や酸処理、酸化処理を施すと、マイクロ繊維セルロースの保水度を低く、結晶化度を高くすることができ、かつ均質性を高くすることができる。この点、マイクロ繊維セルロースの保水度が低いほど樹脂への分散性が向上し、マイクロ繊維セルロースの均質性が高いほど繊維状セルロース複合樹脂の破壊要因となる欠点が減少すると考えられ、結果として樹脂の延性を保持することができる強度の大きい繊維状セルロース複合樹脂が得られると考えられる。また、酵素処理や酸処理、酸化処理により、パルプが持つヘミセルロースやセルロースの非晶領域が分解され、結果、微細化処理のエネルギーを低減することができ、繊維の均質性や分散性を向上することができる。しかも、分子鎖が整列していて剛直かつ保水度の低いと考えられるセルロース結晶領域の繊維全体に占める割合が上がると、分散性が向上し、アスペクト比は減少すると見られるものの、延性を保持しつつ機械的強度の大きい繊維状セルロース複合樹脂が得られる。 If enzymatic treatment, acid treatment, or oxidation treatment is performed prior to pulverization treatment, the water retention of the microfiber cellulose can be lowered, the degree of crystallinity can be increased, and the homogeneity can be enhanced. In this regard, it is thought that the lower the water retention of the microfiber cellulose, the better the dispersibility in the resin, and the higher the homogeneity of the microfiber cellulose, the less the defects that cause the fibrous cellulose composite resin to break. It is considered that a high-strength fibrous cellulose composite resin capable of retaining the ductility of the resin can be obtained. In addition, enzymatic treatment, acid treatment, and oxidation treatment decompose the hemicellulose and amorphous regions of cellulose in the pulp. As a result, the energy required for the refining process can be reduced, and the homogeneity and dispersibility of the fibers can be improved. be able to. In addition, when the ratio of the cellulose crystal region, which is considered to be rigid and low in water retention due to the alignment of the molecular chains, to the entire fiber increases, the dispersibility improves and the aspect ratio decreases, but the ductility is maintained. A fibrous cellulose composite resin having high mechanical strength can be obtained.
以上の各種処理の中では、酵素処理を行うのが好ましく、加えて酸処理、アルカリ処理、及び酸化処理の中から選択された1又は2以上の処理を行うのがより好ましい。以下、アルカリ処理について、詳しく説明する。 Among the various treatments described above, it is preferable to perform enzyme treatment, and in addition, it is more preferable to perform one or more treatments selected from acid treatment, alkali treatment, and oxidation treatment. The alkali treatment will be described in detail below.
アルカリ処理の方法としては、例えば、アルカリ溶液中に、原料繊維を浸漬する方法が存在する。 As a method of alkali treatment, for example, there is a method of immersing raw fibers in an alkali solution.
アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、無機アルカリ化合物であっても、有機アルカリ化合物であってもよい。無機アルカリ化合物としては、例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のリンオキソ酸塩等を例示することができる。また、アルカリ金属の水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を例示することができる。アルカリ土類金属の水酸化物としては、例えば、水酸化カルシウム等を例示することができる。アルカリ金属の炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等を例示することができる。アルカリ土類金属の炭酸塩としては、例えば、炭酸カルシウム等を例示することができる。アルカリ金属のリンオキソ酸塩としては、例えば、リン酸リチウム、リン酸カリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム等を例示することができる。アルカリ土類金属のリン酸塩としては、例えば、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム等を例示することができる。 The alkaline compound contained in the alkaline solution may be an inorganic alkaline compound or an organic alkaline compound. Examples of inorganic alkali compounds include hydroxides of alkali metals or alkaline earth metals, carbonates of alkali metals or alkaline earth metals, phosphate salts of alkali metals or alkaline earth metals, and the like. Examples of alkali metal hydroxides include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and the like. Examples of hydroxides of alkaline earth metals include calcium hydroxide. Examples of alkali metal carbonates include lithium carbonate, lithium hydrogen carbonate, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, and the like. Examples of carbonates of alkaline earth metals include calcium carbonate. Examples of alkali metal phosphates include lithium phosphate, potassium phosphate, trisodium phosphate, and disodium hydrogen phosphate. Examples of alkaline earth metal phosphates include calcium phosphate and calcium hydrogen phosphate.
有機アルカリ化合物としては、例えば、アンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂肪族アンモニウム、芳香族アンモニウム、複素環式化合物及びその水酸化物、炭酸塩、リン酸塩等を例示することができる。具体的には、例えば、例えば、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、シクロヘキシルアミン、アニリン、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ヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ピリジン、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、リン酸水素2アンモニウム等を例示することができる。 Examples of organic alkali compounds include ammonia, aliphatic amines, aromatic amines, aliphatic ammoniums, aromatic ammoniums, heterocyclic compounds and their hydroxides, carbonates and phosphates. Specifically, for example, ammonia, hydrazine, methylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, butylamine, diaminoethane, diaminopropane, diaminobutane, diaminopentane, diaminohexane, cyclohexylamine, aniline , tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, benzyltrimethylammonium hydroxide, pyridine, N,N-dimethyl-4-aminopyridine, ammonium carbonate, ammonium hydrogen carbonate, Diammonium hydrogen phosphate and the like can be exemplified.
アルカリ溶液の溶媒は、水及び有機溶媒のいずれであってもよいが、極性溶媒(水、アルコール等の極性有機溶媒)であるのが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であるのがより好ましい。 The solvent of the alkaline solution may be either water or an organic solvent, preferably a polar solvent (water, a polar organic solvent such as alcohol), more preferably an aqueous solvent containing at least water.
アルカリ溶液の25℃におけるpHは、好ましくは9以上、より好ましくは10以上、特に好ましくは11~14である。pHが9以上であると、マイクロ繊維セルロースの収率が高くなる。ただし、pHが14を超えると、アルカリ溶液の取り扱い性が低下する。 The pH of the alkaline solution at 25° C. is preferably 9 or higher, more preferably 10 or higher, and particularly preferably 11-14. A pH of 9 or higher results in a higher yield of microfibrous cellulose. However, if the pH exceeds 14, the handleability of the alkaline solution deteriorates.
(微細化(解繊)処理)
原料繊維の微細化処理は、例えば、ビーター、高圧ホモジナイザー、高圧均質化装置等のホモジナイザー、グラインダー、摩砕機等の石臼式摩擦機、単軸混練機、多軸混練機、ニーダーリファイナー等を使用して原料繊維を叩解することによって行うことができる。ただし、微細化処理は、リファイナーを使用して行うのが好ましい。
(Refinement (fibrillation) treatment)
For example, the raw material fiber is refined by using a beater, a high-pressure homogenizer, a homogenizer such as a high-pressure homogenizer, a grinder, a millstone friction machine such as a grinder, a single-screw kneader, a multi-screw kneader, a kneader refiner, etc. It can be carried out by beating the raw material fiber with. However, it is preferred that the refinement treatment be performed using a refiner.
リファイナーとは、パルプ繊維を叩解する装置であり、公知のものを用いることができる。リファイナーとしては、パルプ繊維に対して効率的に剪断力を付与し、予備的な解繊を進めることができること等の点から、コニカルタイプやダブルディスクリファイナー(DDR)及びシングルディスクリファイナー(SDR)が好ましい。微細化処理において、リファイナーを用いると、処理後の分離や洗浄が不要となる点からも好ましい。 A refiner is a device for beating pulp fibers, and a known device can be used. As the refiner, a conical type, a double disc refiner (DDR), and a single disc refiner (SDR) are preferable because they can efficiently impart a shearing force to pulp fibers and advance preliminary fibrillation. . It is preferable to use a refiner in the refinement treatment because it eliminates the need for separation and washing after the treatment.
なお、マイクロ繊維セルロース(MFC)は、セルロースやセルロースの誘導体からなる繊維である。通常のマイクロ繊維セルロースは、強い水和性を有し、水系媒体中において水和することで安定的に分散状態(分散液の状態)を維持する。マイクロ繊維セルロースを構成する単繊維は、水系媒体中において複数条が集合して繊維状をなす場合もある。 Microfiber cellulose (MFC) is a fiber made of cellulose or a derivative of cellulose. Ordinary microfiber cellulose has a strong hydration property and stably maintains a dispersed state (dispersion state) by being hydrated in an aqueous medium. The single fibers that constitute the microfiber cellulose may sometimes form a fibrous form in which multiple strands are aggregated in an aqueous medium.
微細化(解繊)処理は、マイクロ繊維セルロースの数平均繊維径(繊維幅。単繊維の直径平均。)が0.1μm以上に留まる範囲で行うのが好ましく、0.1~15μmとなる範囲で行うのがより好ましく、0.2~10μmとなる範囲で行うのが特に好ましい。数平均繊維径(幅)が0.1μm以上となる範囲で行うことで、セルロースナノファイバーと異なって脱水が可能になり、また、繊維状セルロース複合樹脂の強度が向上する。 The refining (defibration) treatment is preferably carried out in a range in which the number average fiber diameter (fiber width, average diameter of single fibers) of the microfiber cellulose remains at 0.1 μm or more, and is in the range of 0.1 to 15 μm. It is more preferable to carry out in the range of 0.2 to 10 μm. When the number average fiber diameter (width) is within a range of 0.1 μm or more, dehydration becomes possible unlike cellulose nanofibers, and the strength of the fibrous cellulose composite resin is improved.
具体的には、平均繊維径を0.1μm未満にすると、セルロースナノファイバーであるのと変わらなくなり、補強効果(特に曲げ弾性率)が十分に得られなくなる。また、微細化処理の時間が長くなり、大きなエネルギーが必要になり、製造コストの増加につながる。しかも、たとえ樹脂粉末を添加する等したとしても脱水が困難になり、乾燥に大きなエネルギーが必要になる。乾燥に大きなエネルギーをかけるとマイクロ繊維セルロースが熱劣化し、補強効果の低下につながる。他方、平均繊維径が15μmを超えると、繊維の分散性に劣る傾向がある。繊維の分散性が不十分であると、補強効果に劣る。 Specifically, if the average fiber diameter is less than 0.1 μm, it is no different from cellulose nanofibers, and a sufficient reinforcing effect (especially bending elastic modulus) cannot be obtained. In addition, the time required for the miniaturization process is long, and a large amount of energy is required, leading to an increase in manufacturing costs. Moreover, even if resin powder is added, dehydration becomes difficult, and a large amount of energy is required for drying. If a large amount of energy is applied to drying, the microfiber cellulose will be thermally degraded, leading to a decrease in the reinforcing effect. On the other hand, when the average fiber diameter exceeds 15 μm, the dispersibility of the fibers tends to be poor. If the dispersibility of the fibers is insufficient, the reinforcing effect is inferior.
マイクロ繊維セルロースの平均繊維長(単繊維の長さ)は、0.02~3.0mmとするのが好ましく、0.05~2.0mmとするのがより好ましく、0.1~1.5mmとするのが特に好ましい。平均繊維長が0.02mm未満であると、繊維同士の三次元ネットワークを形成できず、補強効果が著しく低下する恐れがある。なお、平均繊維長は、例えば、原料繊維の選定、前処理、解繊処理で任意に調整可能である。 The average fiber length (length of single fiber) of microfiber cellulose is preferably 0.02 to 3.0 mm, more preferably 0.05 to 2.0 mm, and 0.1 to 1.5 mm. is particularly preferred. If the average fiber length is less than 0.02 mm, a three-dimensional network cannot be formed between the fibers, and there is a risk that the reinforcing effect will be significantly reduced. The average fiber length can be arbitrarily adjusted by, for example, selection of raw material fibers, pretreatment, and fibrillation treatment.
本形態において、マイクロ繊維セルロースの繊維長は、0.2mm以下の割合が12%以上であるのが好ましく、16%以上であるのがより好ましく、26%以上であるのが特に好ましい。当該割合が12%未満であると、十分な補強効果を得られない可能性がある。他方、マイクロ繊維セルロースの繊維長は、0.2mm以下の割合の上限がなく、全て0.2mm以下であっても良い。 In this embodiment, the fiber length of 0.2 mm or less in the microfiber cellulose is preferably 12% or more, more preferably 16% or more, and particularly preferably 26% or more. If the ratio is less than 12%, a sufficient reinforcing effect may not be obtained. On the other hand, the fiber length of microfiber cellulose does not have an upper limit on the proportion of 0.2 mm or less, and may all be 0.2 mm or less.
マイクロ繊維セルロースのアスペクト比は、樹脂の延性をある程度保持しつつ機械的強度を向上させるために、2~30000であるのが好ましく、10~10000であるのがより好ましい。 The aspect ratio of the microfiber cellulose is preferably 2 to 30,000, more preferably 10 to 10,000, in order to improve the mechanical strength while maintaining the ductility of the resin to some extent.
なお、アスペクト比とは、平均繊維長を平均繊維幅で除した値である。アスペクト比が大きいほど樹脂中において引っかかりが生じる箇所が多くなるため補強効果が上がるが、他方で引っかかりが多い分樹脂の延性が低下するものと考えられる。なお、無機フィラーを樹脂に混練した場合、無機フィラーのアスペクト比が大きいほど引張強度が向上するが、引張破断伸びは著しく低下するとの知見が存在する。 The aspect ratio is a value obtained by dividing the average fiber length by the average fiber width. It is thought that the greater the aspect ratio, the greater the number of locations in the resin where catching occurs, thus increasing the reinforcing effect, but on the other hand, the greater the catching, the less the ductility of the resin. There is knowledge that when an inorganic filler is kneaded with a resin, the tensile strength increases as the aspect ratio of the inorganic filler increases, but the tensile elongation at break decreases significantly.
本形態において、マイクロ繊維セルロースのフィブリル化率は、1.0%以上であるのが好ましく、1.5%以上であるのがより好ましく、2.0%以上であるのが特に好ましい。また、フィブリル化率は、30.0%以下であるのが好ましく、20.0%以下であるのがより好ましく、15.0%以下であるのが特に好ましい。フィブリル化率が30.0%を超えると、水との接触面積が広くなり過ぎるため、たとえ平均繊維幅が0.1μm以上に留まる範囲で解繊できたとしても、脱水が困難になる可能性がある。他方、フィブリル化率が1.0%未満では、フィブリル同士の水素結合が少なく、強硬な三次元ネットワークが不足となる。この点、本発明者等は、マイクロ繊維セルロースのフィブリル化率を1.0%以上にすると、マイクロ繊維セルロースのフィブリル同士が水素結合し、より強硬な三次元ネットワークを構築することを各種試験の過程で見出した。また、フィブリル化率を高くすると樹脂と接する界面が増加するが、後述するように多塩基酸を相溶化剤として又は疎水変性に利用すると、更に補強効果が向上することも見出した。 In this embodiment, the fibrillation rate of the microfiber cellulose is preferably 1.0% or more, more preferably 1.5% or more, and particularly preferably 2.0% or more. Also, the fibrillation rate is preferably 30.0% or less, more preferably 20.0% or less, and particularly preferably 15.0% or less. If the fibrillation rate exceeds 30.0%, the contact area with water becomes too large, and even if the average fiber width is within the range of 0.1 μm or more, dehydration may become difficult. There is On the other hand, if the fibrillation rate is less than 1.0%, there are few hydrogen bonds between fibrils, resulting in a lack of a strong three-dimensional network. In this regard, the present inventors have found in various tests that when the fibrillation rate of the microfiber cellulose is 1.0% or more, the fibrils of the microfiber cellulose are hydrogen-bonded to each other to construct a stronger three-dimensional network. found in the process. In addition, the inventors have also found that, although increasing the fibrillation rate increases the interface contacting with the resin, the reinforcing effect is further improved by using polybasic acid as a compatibilizing agent or for hydrophobicity modification, as described later.
マイクロ繊維セルロースの結晶化度は、50%以上であるのが好ましく、55%以上であるのがより好ましく、60%以上であるのが特に好ましい。結晶化度が50%未満であると、樹脂との相溶性は向上するものの、繊維自体の強度が低下するため、繊維状セルロース複合樹脂の補強効果に劣る傾向がある。 The crystallinity of the microfibrous cellulose is preferably 50% or higher, more preferably 55% or higher, particularly preferably 60% or higher. If the degree of crystallinity is less than 50%, the compatibility with the resin is improved, but the strength of the fiber itself is lowered, so the effect of reinforcing the fibrous cellulose composite resin tends to be poor.
他方、マイクロ繊維セルロースの結晶化度は、90%以下であるのが好ましく、88%以下であるのがより好ましく、86%以下であるのが特に好ましい。結晶化度が90%を超えると、分子内の強固な水素結合割合が多くなり繊維自体は剛直となるが、樹脂との相溶性が低下し、樹脂の補強効果に劣る傾向がある。また、マイクロ繊維セルロースの化学修飾がし難くなる傾向もある。なお、結晶化度は、例えば、原料繊維の選定、前処理、微細化処理で任意に調整可能である。 On the other hand, the crystallinity of the microfibrous cellulose is preferably 90% or less, more preferably 88% or less, and especially preferably 86% or less. If the degree of crystallinity exceeds 90%, the proportion of strong hydrogen bonds in the molecule increases and the fiber itself becomes rigid, but the compatibility with the resin decreases and the effect of reinforcing the resin tends to be inferior. It also tends to make chemical modification of microfiber cellulose difficult. The degree of crystallinity can be arbitrarily adjusted by, for example, selection of raw material fibers, pretreatment, and refinement treatment.
また、マイクロ繊維セルロースのパルプ粘度は、2cps以上であるのが好ましく、4cps以上であるのがより好ましい。パルプ粘度が2cps未満であると、たとえマイクロ繊維セルロースに樹脂粉末を添加する等しても、マイクロ繊維セルロースの凝集を十分に抑制することができず、樹脂の補強効果が劣る傾向にある。 Also, the pulp viscosity of the microfiber cellulose is preferably 2 cps or greater, more preferably 4 cps or greater. If the pulp viscosity is less than 2 cps, even if a resin powder is added to the microfiber cellulose, aggregation of the microfiber cellulose cannot be sufficiently suppressed, and the reinforcing effect of the resin tends to be inferior.
マイクロ繊維セルロースのフリーネスは、500cc以下が好ましく、300cc以下がより好ましく、100cc以下が特に好ましい。500ccを超えるとマイクロ繊維セルロースの繊維幅が15μmを超え、補強効果が十分でない。 The freeness of the microfiber cellulose is preferably 500cc or less, more preferably 300cc or less, and particularly preferably 100cc or less. If it exceeds 500 cc, the fiber width of the microfiber cellulose exceeds 15 μm, and the reinforcing effect is not sufficient.
マイクロ繊維セルロースの保水度は、380%以下であるのが好ましく、360%以下であるのがより好ましく、330%以下であるのが特に好ましい。保水度が380%を超えると、脱水性や乾燥性、樹脂との相溶性が劣る傾向にある。また、繊維状セルロース複合樹脂の補強効果を優れたものとするためには、マイクロ繊維セルロースを十分に乾燥し、樹脂への均一な分散を行う必要がある。しかるに、マイクロ繊維セルロースには凝集性があるため、乾燥処理や樹脂との混練処理等に際して凝集する可能性がある。そこで、マイクロ繊維セルロースの保水度を380%以下とし、脱水性や乾燥性、樹脂との相溶性を優れたものとすることで、乾燥処理や樹脂との混練処理等に際する凝集を抑制することができ、繊維状セルロース複合樹脂の補強効果を十分なものとすることができる。なお、保水度は、パルプ繊維、前処理工程、微細化処理工程で任意に調整可能である。 The water retention of the microfibrous cellulose is preferably 380% or less, more preferably 360% or less, particularly preferably 330% or less. When the water retention exceeds 380%, dehydration, drying, and compatibility with resins tend to be poor. In addition, in order to make the reinforcing effect of the fibrous cellulose composite resin excellent, it is necessary to sufficiently dry the microfiber cellulose and uniformly disperse it in the resin. However, since microfiber cellulose has cohesiveness, there is a possibility of cohesion during drying, kneading with resin, or the like. Therefore, by making the water retention rate of microfiber cellulose 380% or less and making it excellent in dehydration, drying, and compatibility with resin, aggregation during drying processing and kneading processing with resin is suppressed. The reinforcing effect of the fibrous cellulose composite resin can be made sufficient. The water retention can be arbitrarily adjusted by the pulp fiber, the pretreatment process, and the pulverization process.
(分散液)
微細化処理して得られたマイクロ繊維セルロースは分散液の状態であるが、必要により更に水系媒体を混ぜる等して低濃度の分散液とする。水系媒体は、全量が水であるのが特に好ましいが、一部が水と相溶性を有する他の液体である水系媒体も好ましく使用することができる。他の液体としては、炭素数3以下の低級アルコール類等を使用することができる。
(dispersion liquid)
The microfiber cellulose obtained by the pulverization treatment is in the form of a dispersion, and if necessary, it is mixed with an aqueous medium to obtain a low-concentration dispersion. It is particularly preferable that the entire amount of the aqueous medium is water, but it is also possible to preferably use an aqueous medium that is partly another liquid that is compatible with water. Other liquids that can be used include lower alcohols having 3 or less carbon atoms.
分散液は濃縮を行って固形分濃度を調節するのが好ましい。この分散液の固形分濃度は、1.0質量%以上であるのが好ましく、1.5質量%以上であるのがより好ましく、2.0質量%以上であるのが特に好ましい。また、分散液の固形分濃度は、70質量%以下であるのが好ましく、60質量%以下であるのがより好ましく、50質量%以下であるのが特に好ましい。固形分濃度が70質量%を上回ると、多塩基酸や樹脂粉末、その他の組成物との混合が困難となるおそれがある。なお、微細化処理して得られたマイクロ繊維セルロースの分散液の固形分濃度は、通常、1.0~3.0質量%である。 The dispersion is preferably concentrated to adjust the solid content concentration. The solid content concentration of this dispersion is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and particularly preferably 2.0% by mass or more. The solid content concentration of the dispersion is preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass or less, and particularly preferably 50% by mass or less. If the solid content concentration exceeds 70% by mass, it may become difficult to mix with polybasic acid, resin powder, and other compositions. The solid content concentration of the dispersion of microfiber cellulose obtained by the pulverization treatment is usually 1.0 to 3.0% by mass.
本形態のマイクロ繊維セルロースは、ヒドロキシル基の一部又は全部が多塩基酸によって変性されていると好ましいものとなるが、この点については、後述する。 The microfibrous cellulose of this form is preferred when some or all of the hydroxyl groups are modified with a polybasic acid, as will be discussed later.
(樹脂粉末の添加)
マイクロ繊維セルロースの分散液には、必要により樹脂粉末を添加して混合する。樹脂粉末を混合すると、次いで脱水・乾燥したマイクロ繊維セルロース同士の水素結合が阻害され、分散性と共に再分散性が向上する。また、樹脂粉末を混合すると、脱水性が向上し、乾燥エネルギーを大きく減らすことができる。したがって、樹脂粉末の添加は、前述した分散液の濃縮に際して行うこともできる。
(Addition of resin powder)
If necessary, resin powder is added to and mixed with the microfiber cellulose dispersion. When the resin powder is mixed, the hydrogen bonding between the dehydrated and dried microfiber cellulose is inhibited, and the dispersibility and redispersibility are improved. Also, when resin powder is mixed, the dehydration property is improved, and the drying energy can be greatly reduced. Therefore, the addition of the resin powder can also be carried out during the concentration of the dispersion described above.
添加する樹脂としては、例えば、ペレット状の樹脂、シート状の樹脂等もあり得るが、本形態においては粉末状の樹脂(樹脂粉末)を使用する。なお、使用可能な樹脂の種類(成分)等については、後述する樹脂ペレットの場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。 The resin to be added may be, for example, a pellet-shaped resin or a sheet-shaped resin, but in this embodiment, a powder-shaped resin (resin powder) is used. Note that the types (components) of usable resins are the same as in the case of resin pellets, which will be described later, so descriptions thereof are omitted here.
樹脂粉末の平均粒子径は、1~1500μmであるのが好ましく、10~1200μmであるのがより好ましく、100~1000μmであるのが特に好ましい。平均粒子径が1500μmを超えると、マイクロ繊維セルロースの分散性・再分散性や脱水性が十分に向上しないおそれがある。他方、平均粒子径が1μm未満であると、微細なためにマイクロ繊維セルロース同士の水素結合を阻害することができないおそれがあり、分散性・再分散性が十分に向上しないおそれがある。また、平均粒子径が1μm未満であると、脱水性も向上しないおそれがある。 The average particle size of the resin powder is preferably 1-1500 μm, more preferably 10-1200 μm, and particularly preferably 100-1000 μm. If the average particle size exceeds 1500 μm, the dispersibility/redispersibility and dehydration properties of the microfiber cellulose may not be sufficiently improved. On the other hand, if the average particle size is less than 1 μm, the fine particles may not be able to inhibit hydrogen bonding between microfiber celluloses, and the dispersibility and redispersibility may not be sufficiently improved. Moreover, when the average particle size is less than 1 μm, there is a possibility that dehydration properties are not improved.
マイクロ繊維セルロースの脱水性をより重視する場合、上記樹脂粉末の含有量(添加量)は、マイクロ繊維セルロース100質量部に対して、10~100000質量部であるのが好ましく、100~10000質量部であるのがより好ましい。樹脂粉末の含有量が10質量部を下回ると、脱水性が十分に向上しない可能性がある。他方、樹脂粉末の含有量が100000質量部を上回ると、マイクロ繊維セルロース含有による効果が得られなくなる可能性がある。 When the dehydration property of microfiber cellulose is more important, the content (addition amount) of the resin powder is preferably 10 to 100000 parts by weight, more preferably 100 to 10000 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of microfiber cellulose. is more preferable. If the resin powder content is less than 10 parts by mass, dehydration may not be sufficiently improved. On the other hand, if the content of the resin powder exceeds 100,000 parts by mass, the effect of containing the microfiber cellulose may not be obtained.
(脱水・乾燥)
マイクロ繊維セルロース又はマイクロ繊維セルロース及び樹脂粉末を含む繊維状セルロース含有物は、乾燥及び脱水して繊維状セルロース乾燥体にする。なお、この繊維状セルロース乾燥体は、マイクロ繊維セルロースを含んでいるので繊維状セルロース含有物ということもできる。
(dehydration/drying)
The fibrous cellulose inclusions comprising microfibrous cellulose or microfibrous cellulose and resin powder are dried and dewatered into fibrous cellulose dry matter. In addition, since this fibrous cellulose dry material contains microfiber cellulose, it can also be called a fibrous cellulose-containing material.
本形態の繊維状セルロース含有物は、セルロースナノファイバーではなく前述した平均繊維幅0.1μm以上のマイクロ繊維セルロースを含んでいるので脱水することができる。この脱水性は、前述したようにマイクロ繊維セルロースの保水度が380%以下、あるいはフィブリル化率が1%以上であるとより向上する。さらに、本形態の繊維状セルロース乾燥体(含有物)が樹脂粉末を含んでいる場合は、脱水をより容易に行うことができる。乾燥に先立って脱水しておけば、乾燥に要するエネルギーが極めて小さなものとなり、マイクロ繊維セルロースの熱劣化が避けられるため、樹脂の補強効果が向上する。また、樹脂粉末を含んでいると、マイクロ繊維セルロースの分散液を繊維状セルロース乾燥体としても再分散しなくなる可能性が低い The fibrous cellulose-containing material of the present embodiment can be dehydrated because it contains not cellulose nanofibers but microfiber cellulose having an average fiber width of 0.1 μm or more. This dehydration property is further improved when the microfiber cellulose has a water retention rate of 380% or less, or a fibrillation rate of 1% or more, as described above. Furthermore, when the fibrous cellulose dry body (content) of the present embodiment contains resin powder, dehydration can be carried out more easily. If dehydration is performed prior to drying, the energy required for drying is extremely small, and heat deterioration of the microfiber cellulose is avoided, thereby improving the reinforcing effect of the resin. In addition, when the resin powder is contained, there is a low possibility that the microfiber cellulose dispersion liquid will not be redispersed even if it is made into a fibrous cellulose dry body.
繊維状セルロース含有物の脱水は、例えば、遠心分離脱水、真空脱水、加圧脱水等によることができる。 Dehydration of the fibrous cellulose-containing material can be performed, for example, by centrifugal dehydration, vacuum dehydration, pressurized dehydration, or the like.
繊維状セルロース含有物は、樹脂粉末を含んでいる場合及び含んでいない場合のいずれにおいても、含水率が93質量%以下になるまで、好ましくは85~30質量%になるまで、より好ましくは75~40質量%になるまで脱水する。含水率が93質量%以下になるまで脱水することで、体積及び重量を減らすことができるため次工程への運送エネルギーを削減できる。また、次いで行う乾燥に要するエネルギーを減らすことができる。ただし、含水率が30質量%未満にまで脱水するのは脱水工程におけるエネルギー効率に劣り、このような含水率の実現は乾燥によるのが好ましい。 The fibrous cellulose-containing material, whether it contains resin powder or not, has a water content of 93% by mass or less, preferably 85 to 30% by mass, more preferably 75% by mass. Dehydrate to ~40 wt%. By dehydrating until the water content is 93% by mass or less, the volume and weight can be reduced, so the transportation energy to the next process can be reduced. Also, the energy required for subsequent drying can be reduced. However, dehydration to a moisture content of less than 30% by mass results in poor energy efficiency in the dehydration step, and it is preferable to achieve such a moisture content by drying.
本形態のマイクロ繊維セルロースは、多塩基酸等によって変性される場合と、変性されない場合とがある。多塩基酸によって変性する場合、繊維状セルロース乾燥体(脱水・乾燥した繊維状セルロース含有物)の水分率(含水率)は、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、1質量%以下が更に好ましく、0質量%が特に好ましい。水分率が5%を超えると、多塩基酸によってマイクロ繊維セルロースが変性しない可能性がある。また、水分率が高いと、例えば、次いで繊維状セルロース乾燥体を混練する場合において、当該混練のエネルギーが膨大になり、経済的でない。また、混練エネルギーの増加は、マイクロ繊維セルロースの熱劣化、繊維切断等につながる可能性もある。 The microfiber cellulose of this form may or may not be modified by polybasic acid or the like. When modified with a polybasic acid, the moisture content (moisture content) of the dried fibrous cellulose (dehydrated and dried fibrous cellulose-containing material) is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and 1% by mass. % or less is more preferable, and 0% by mass is particularly preferable. If the moisture content exceeds 5%, the polybasic acid may not denature the microfiber cellulose. Further, if the moisture content is high, for example, when kneading the dried fibrous cellulose, the kneading energy is enormous, which is not economical. Also, increased kneading energy can lead to thermal degradation of the microfiber cellulose, fiber breakage, and the like.
他方、多塩基酸によって変性しない場合、脱水・乾燥したマイクロ繊維セルロース乾燥体の水分率は、5質量%超が好ましく、8質量%以上がより好ましく、10質量%以上が特に好ましい。含水率が5質量%超であると、次いで繊維状セルロース乾燥体を混練する場合において、多塩基酸によるセルロース繊維の変性が進まなくなり、得られる繊維状セルロース複合樹脂は多塩基酸を含有するようになる。 On the other hand, when not modified by polybasic acid, the moisture content of the dehydrated and dried microfiber cellulose dry body is preferably more than 5% by mass, more preferably 8% by mass or more, and particularly preferably 10% by mass or more. If the water content exceeds 5% by mass, the denaturation of the cellulose fibers by the polybasic acid will not progress when the dried fibrous cellulose is kneaded, and the resulting fibrous cellulose composite resin will contain the polybasic acid. become.
脱水処理には、例えば、ベルトプレス、スクリュープレス、フィルタープレス、ツインロール、ツインワイヤーフォーマ、バルブレスフィルタ、センターディスクフィルタ、膜処理、遠心分離機等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 For the dehydration treatment, for example, one or more selected from belt press, screw press, filter press, twin roll, twin wire former, valveless filter, center disk filter, membrane treatment, centrifugal separator, etc. can be used.
乾燥処理には、例えば、ロータリーキルン乾燥、円板式乾燥、気流式乾燥、媒体流動乾燥、スプレー乾燥、ドラム乾燥、スクリューコンベア乾燥、パドル式乾燥、一軸混練乾燥、多軸混練乾燥、真空乾燥、攪拌乾燥等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 Drying treatments include, for example, rotary kiln drying, disk drying, airflow drying, medium fluidized drying, spray drying, drum drying, screw conveyor drying, paddle drying, single-screw kneading drying, multi-screw kneading drying, vacuum drying, and stirring drying. 1 type or 2 or more types can be selected and used from among.
脱水・乾燥処理の後には、例えば、粉砕処理を行ってもよい。粉砕処理には、例えば、ビーズミル、ニーダー、ディスパー、ツイストミル、カットミル、ハンマーミル等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 After the dehydration/drying treatment, for example, pulverization treatment may be performed. For the pulverization treatment, for example, one or more of bead mills, kneaders, dispersers, twist mills, cut mills, hammer mills and the like can be selected and used.
脱水・乾燥した繊維状セルロース乾燥体の形状は、粉末状、ペレット状、シート状等とすることができる。 The shape of the dehydrated and dried fibrous cellulose dry material can be powder, pellet, sheet, or the like.
粉末状とする場合、繊維状セルロース乾燥体の平均粒子径は、1~10000μmが好ましく、10~5000μmがより好ましく、100~1000μmが特に好ましい。平均粒子径が10000μmを超えると、粒子径が大きいため混練装置内に入らないおそれがある。他方、平均粒子径を1μm未満とするには粉砕処理にエネルギーを要するため、経済的でない。 When powdered, the average particle size of the dried fibrous cellulose is preferably 1 to 10,000 μm, more preferably 10 to 5,000 μm, and particularly preferably 100 to 1,000 μm. If the average particle size exceeds 10,000 μm, the particles may not enter the kneading device due to the large particle size. On the other hand, if the average particle size is less than 1 μm, energy is required for pulverization, which is not economical.
繊維状セルロース乾燥体を粉末状とする場合、嵩比重は、0.01~1.5が好ましく、0.04~1がより好ましく、0.1~0.5が特に好ましい。嵩比重が1.5を超えるということはセルロースの比重が1.5を超えるということであるため、物理的に実現困難である。他方、嵩比重を0.01未満とするのは、移送コストの面から不利である。 When the dried fibrous cellulose is powdered, the bulk specific gravity is preferably 0.01 to 1.5, more preferably 0.04 to 1, and particularly preferably 0.1 to 0.5. A bulk specific gravity exceeding 1.5 means that the specific gravity of cellulose exceeds 1.5, which is physically difficult to achieve. On the other hand, setting the bulk specific gravity to less than 0.01 is disadvantageous in terms of transportation costs.
(混練)
繊維状セルロース乾燥体は、樹脂を添加して混練し、もって繊維状セルロース複合樹脂とする。この際に添加する樹脂は、ペレット状(樹脂ペレット)であるのが好ましい。また、本工程に先立って、マイクロ繊維セルロースに樹脂粉末を添加している場合は、ここでの樹脂の添加を省略することもできる。本工程において樹脂を添加しない場合は、単に熱を加える等して混練することで、繊維状セルロース乾燥体が繊維状セルロース複合樹脂になる。なお、前述したように本形態における樹脂の種類(成分)等に関する説明は、前述した樹脂粉末にも該当する。
(kneading)
The dried fibrous cellulose is mixed with a resin and kneaded to form a fibrous cellulose composite resin. The resin added at this time is preferably in the form of pellets (resin pellets). Further, if resin powder is added to the microfiber cellulose prior to this step, addition of the resin here can be omitted. When the resin is not added in this step, the fibrous cellulose dry body becomes the fibrous cellulose composite resin by simply heating and kneading. In addition, as described above, the description regarding the types (components) of the resin, etc. in the present embodiment also applies to the resin powder described above.
混練に際しては、又は混練に先立って、多塩基酸を添加し、セルロース繊維を多塩基酸によって変性し、又は混練物が多塩基酸を含有するようにすると好適である。なお、混練する際における繊維状セルロース乾燥体の水分率(含水率)が重要なのは、前述したとおりである。また、混練に際しては、通常、脱気することになる。 During kneading or prior to kneading, it is preferable to add a polybasic acid to modify the cellulose fibers with the polybasic acid, or to make the kneaded product contain the polybasic acid. As described above, the moisture content (moisture content) of the dried fibrous cellulose during kneading is important. Also, during the kneading, the mixture is usually degassed.
樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれをも使用することができる。 As the resin, either a thermoplastic resin or a thermosetting resin can be used.
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等のポリオレフィン、脂肪族ポリエステル樹脂や芳香族ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂、ポリスチレン、メタアクリレート、アクリレート等のポリアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 Examples of thermoplastic resins include polyolefins such as polypropylene (PP) and polyethylene (PE), polyester resins such as aliphatic polyester resins and aromatic polyester resins, polyacrylic resins such as polystyrene, methacrylates and acrylates, polyamide resins, One or more of polycarbonate resins, polyacetal resins and the like can be selected and used.
ただし、ポリオレフィン及びポリエステル樹脂の少なくともいずれか一方を使用するのが好ましい。また、ポリオレフィンとしては、ポリプロピレンを使用するのが好ましい。ポリプロピレンとしては、ホモポリマー、ランダムポリマー、ブロックポリマーの中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。さらに、ポリエステル樹脂としては、脂肪族ポリエステル樹脂として、例えば、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等を例示することができ、芳香族ポリエステル樹脂として、例えば、ポリエチレンテレフタレート等を例示することができるが、生分解性を有するポリエステル樹脂(単に「生分解性樹脂」ともいう。)を使用するのが好ましい。 However, it is preferable to use at least one of polyolefin and polyester resin. Polypropylene is preferably used as the polyolefin. As polypropylene, one or more of homopolymers, random polymers, and block polymers can be selected and used. Furthermore, as polyester resins, aliphatic polyester resins such as polylactic acid and polycaprolactone can be exemplified, and aromatic polyester resins such as polyethylene terephthalate can be exemplified. It is preferable to use a polyester resin having
生分解性樹脂としては、例えば、ヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステル、カプロラクトン系脂肪族ポリエステル、二塩基酸ポリエステル等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 As the biodegradable resin, for example, one or more of hydroxycarboxylic acid-based aliphatic polyesters, caprolactone-based aliphatic polyesters, dibasic acid polyesters, and the like can be selected and used.
ヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステルとしては、例えば、乳酸、リンゴ酸、グルコース酸、3-ヒドロキシ酪酸等のヒドロキシカルボン酸の単独重合体や、これらのヒドロキシカルボン酸のうちの少なくとも1種を用いた共重合体等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。ただし、ポリ乳酸、乳酸と乳酸を除く上記ヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリカプロラクトン、上記ヒドロキシカルボン酸のうちの少なくとも1種とカプロラクトンとの共重合体を使用するのが好ましく、ポリ乳酸を使用するのが特に好ましい。 Hydroxycarboxylic acid-based aliphatic polyesters include, for example, homopolymers of hydroxycarboxylic acids such as lactic acid, malic acid, glucose acid, and 3-hydroxybutyric acid, and copolymers using at least one of these hydroxycarboxylic acids. One or two or more may be selected and used from among polymers and the like. However, it is preferable to use polylactic acid, a copolymer of lactic acid and the above hydroxycarboxylic acids other than lactic acid, polycaprolactone, and a copolymer of at least one of the above hydroxycarboxylic acids and caprolactone. It is particularly preferred to use
この乳酸としては、例えば、L-乳酸やD-乳酸等を使用することができ、これらの乳酸を単独で使用しても、2種以上を選択して使用してもよい。 As the lactic acid, for example, L-lactic acid, D-lactic acid, or the like can be used, and these lactic acids may be used alone or two or more of them may be selected and used.
カプロラクトン系脂肪族ポリエステルとしては、例えば、ポリカプロラクトンの単独重合体や、ポリカプロラクトン等と上記ヒドロキシカルボン酸との共重合体等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 As the caprolactone-based aliphatic polyester, for example, one or more of polycaprolactone homopolymers and copolymers of polycaprolactone and the above hydroxycarboxylic acids can be selected and used. .
二塩基酸ポリエステルとしては、例えば、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 As the dibasic acid polyester, for example, one or more of polybutylene succinate, polyethylene succinate, polybutylene adipate and the like can be selected and used.
生分解性樹脂は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。 A biodegradable resin may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化性ポリイミド系樹脂等を使用することができる。これらの樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用することができる。 Examples of thermosetting resins include phenol resins, urea resins, melamine resins, furan resins, unsaturated polyesters, diallyl phthalate resins, vinyl ester resins, epoxy resins, urethane resins, silicone resins, thermosetting polyimide resins, and the like. can be used. These resins can be used alone or in combination of two or more.
樹脂には、無機充填剤が、好ましくはサーマルリサイクルに支障が出ない割合で含有されていてもよい。 The resin may contain an inorganic filler, preferably in a proportion that does not interfere with thermal recycling.
無機充填剤としては、例えば、Fe、Na、K、Cu、Mg、Ca、Zn、Ba、Al、Ti、ケイ素元素等の周期律表第I族~第VIII族中の金属元素の単体、酸化物、水酸化物、炭素塩、硫酸塩、ケイ酸塩、亜硫酸塩、これらの化合物よりなる各種粘土鉱物等を例示することができる。 Examples of inorganic fillers include simple substances of metal elements in groups I to VIII of the periodic table such as Fe, Na, K, Cu, Mg, Ca, Zn, Ba, Al, Ti, and silicon elements; substances, hydroxides, carbonates, sulfates, silicates, sulfites, various clay minerals composed of these compounds, and the like.
具体的には、例えば、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、亜硫酸カルシウム、酸化亜鉛、シリカ、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、ほう酸アルミニウム、アルミナ、酸化鉄、チタン酸カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、クレーワラストナイト、ガラスビーズ、ガラスパウダー、珪砂、硅石、石英粉、珪藻土、ホワイトカーボン、ガラスファイバー等を例示することができる。これらの無機充填剤は、複数が含有されていてもよい。また、古紙パルプに含まれるものであってもよい。 Specifically, for example, barium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, sodium sulfate, calcium sulfite, zinc oxide, silica, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, aluminum borate, alumina, iron oxide, calcium titanate, hydroxide Examples include aluminum, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, sodium hydroxide, magnesium carbonate, calcium silicate, clay wollastonite, glass beads, glass powder, silica sand, silica stone, quartz powder, diatomaceous earth, white carbon, and glass fiber. be able to. A plurality of these inorganic fillers may be contained. It may also be contained in waste paper pulp.
繊維状セルロース複合樹脂を得るにあたって、本工程で樹脂を添加し、また、本工程に先立って樹脂粉末を添加している場合、本工程での樹脂の添加量は、樹脂粉末の添加量を100質量部とした場合、1~10000質量部とするのが好ましく、10~1000質量部とするのがより好ましい。相対的に、樹脂粉末が多くなると(本工程での樹脂が少なくなると)嵩比重が低くなる傾向であるため混練機での生産量が低下してしまうという傾向がある。他方、樹脂粉末が少なくなると(本工程での樹脂が多くなると)樹脂中でのマイクロ繊維セルロースの分散性や脱水性が低下するという傾向がある。 In obtaining the fibrous cellulose composite resin, when the resin is added in this step and the resin powder is added prior to this step, the amount of resin added in this step is 100% of the amount of resin powder added. When expressed as parts by mass, it is preferably from 1 to 10,000 parts by mass, more preferably from 10 to 1,000 parts by mass. Relatively, when the amount of resin powder increases (when the amount of resin in this step decreases), the bulk specific gravity tends to decrease, so there is a tendency for the production amount of the kneader to decrease. On the other hand, less resin powder (more resin in this step) tends to reduce the dispersibility and dehydration of the microfiber cellulose in the resin.
マイクロ繊維セルロースと樹脂全体(本工程での樹脂、又は樹脂粉末及び本工程での樹脂、又は樹脂粉末)との配合割合は、繊維状セルロース100質量部とした場合、10~100000質量部とするのが好ましく、100~10000質量部とするのがより好ましい。配合割合が上記範囲内であると、繊維状セルロース複合樹脂の強度、特に曲げ強度及び引張り弾性率を著しく向上させることができ、しかも脱水性が優れることを理由として製造コストを下げることができる。なお、最終的に得られる繊維状セルロース複合樹脂に含まれるマイクロ繊維セルロース及び樹脂の含有割合は、通常、製造にあたって使用するマイクロ繊維セルロース及び樹脂の配合割合と同じとなる。 The mixing ratio of the microfiber cellulose and the entire resin (the resin or resin powder in this step and the resin or resin powder in this step) is 10 to 100,000 parts by mass based on 100 parts by mass of fibrous cellulose. is preferable, and 100 to 10,000 parts by mass is more preferable. When the blending ratio is within the above range, the strength of the fibrous cellulose composite resin, especially the bending strength and tensile elastic modulus, can be remarkably improved, and the production cost can be reduced because of excellent dehydration properties. The content ratio of the microfiber cellulose and the resin contained in the fibrous cellulose composite resin finally obtained is usually the same as the mixing ratio of the microfiber cellulose and the resin used in the production.
(多塩基酸)
ここで多塩基酸について説明を加える。
マイクロ繊維セルロースを変性する場合、その方法としては、例えば、エステル化、エーテル化、アミド化、スルフィド化等の疎水変性を挙げることができる。ただし、マイクロ繊維セルロースを疎水変性する方法としては、エステル化を採用するのが好ましい。
(polybasic acid)
Here, an explanation of polybasic acid is added.
When modifying the microfiber cellulose, the method can include, for example, hydrophobic modification such as esterification, etherification, amidation, sulfidation, and the like. However, it is preferable to employ esterification as a method for hydrophobically modifying the microfiber cellulose.
エステル化の方法としては、例えば、カルボン酸、カルボン酸ハロゲン化物、酢酸、プロピオン酸、アクリル酸、メタクリル酸、リン酸、スルホン酸、無水多塩基酸及びこれらの誘導体等の疎水化剤によるエステル化を挙げることができる。ただし、疎水化剤としては、無水多塩基酸やその誘導体等の多塩基酸を使用するのが好ましい。 Examples of the esterification method include esterification with a hydrophobizing agent such as carboxylic acid, carboxylic acid halide, acetic acid, propionic acid, acrylic acid, methacrylic acid, phosphoric acid, sulfonic acid, polybasic anhydride, and derivatives thereof. can be mentioned. However, it is preferable to use a polybasic acid such as polybasic anhydride or a derivative thereof as the hydrophobizing agent.
セルロース繊維を多塩基酸で変性する1つの好ましい形態は、セルロース繊維のヒドロキシル基の一部又は全部を下記構造式(1)又は構造式(2)に示す官能基で置換する方法である。 One preferred form of modifying cellulose fibers with polybasic acid is a method of substituting some or all of the hydroxyl groups of cellulose fibers with functional groups represented by the following structural formula (1) or structural formula (2).
このような変性を行う多塩基酸としては、例えば、シュウ酸類、フタル酸類、マロン酸類、コハク酸類、グルタル酸類、アジピン酸類、酒石酸類、グルタミン酸類、セバシン酸類、ヘキサフルオロケイ酸類、マレイン酸類、イタコン酸類、シトラコン酸類、クエン酸類等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。だだし、フタル酸、フタル酸塩類及びこれら(フタル酸類)の誘導体の少なくともいずれか1種以上であるのが好ましい。 Examples of polybasic acids for such modification include oxalic acids, phthalic acids, malonic acids, succinic acids, glutaric acids, adipic acids, tartaric acids, glutamic acids, sebacic acids, hexafluorosilicic acids, maleic acids, itacon One or more of acids, citraconic acids, citric acids and the like can be selected and used. However, at least one of phthalic acid, phthalates, and derivatives thereof (phthalic acids) is preferred.
フタル酸類(誘導体)としては、フタル酸、フタル酸水素カリウム、フタル酸水素ナトリウム、フタル酸ナトリウム、フタル酸アンモニウム、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジアリル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジノルマルヘキシル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジトリイソデシル等が挙げられる。好適には、フタル酸を使用するのが好ましい。 Phthalic acids (derivatives) include phthalic acid, potassium hydrogen phthalate, sodium hydrogen phthalate, sodium phthalate, ammonium phthalate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, diallyl phthalate, diisobutyl phthalate, and di-normalhexyl phthalate. , dioctyl phthalate, diisononyl phthalate, diisodecyl phthalate, ditriisodecyl phthalate, and the like. Preferably, phthalic acid is used.
無水多塩基酸類としては、例えば、無水マレイン酸類、無水フタル酸類、無水イタコン酸類、無水シトラコン酸類、無水クエン酸類等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。ただし、好適には無水マレイン酸類、より好適には無水フタル酸類を使用するのが好ましい。 As polybasic acid anhydrides, for example, one or more selected from among maleic anhydrides, phthalic anhydrides, itaconic anhydrides, citraconic anhydrides, citric anhydrides and the like can be used. However, it is preferable to use maleic anhydrides, more preferably phthalic anhydrides.
無水フタル酸類としては、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヒドロキシ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、4-エチニルフタル酸無水物、4-フェニルエチニルフタル酸無水物が挙げられる。ただし、好適には無水フタル酸を使用するのが好ましい。 Phthalic anhydrides include phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, hydroxyphthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, 4-ethynylphthalic anhydride, and 4-phenylethynyl Phthalic anhydride is mentioned. However, it is preferred to use phthalic anhydride.
無水多塩基酸を使用すると、セルロース繊維を変性する場合においてはヒドロキシル基の一部が所定の官能基によって置換され、マイクロ繊維セルロース及び樹脂の相溶性が向上する。 The use of polyacid anhydrides, when modifying cellulose fibers, replaces some of the hydroxyl groups with certain functional groups, improving the compatibility of the microfiber cellulose and the resin.
一方、多塩基酸によってセルロース繊維を変性せず、多塩基酸を単に含有させる場合においては、当該多塩基酸が相溶化剤として機能し、相溶性が向上する。結果、得られる繊維状セルロース複合樹脂の強度、特に曲げ強度が向上する。 On the other hand, when the polybasic acid is simply contained without modifying the cellulose fiber with the polybasic acid, the polybasic acid functions as a compatibilizing agent and the compatibility is improved. As a result, the strength of the resulting fibrous cellulose composite resin, especially bending strength, is improved.
なお、多塩基酸を相溶化剤として機能させる場合は、セルロース繊維の変性の進み具合が問題にならないため、得られる繊維状セルロース複合樹脂の品質が安定化する。ただし、混練する際の繊維状セルロース乾燥体の含水率に留意する等して(この点については、前述したとおりである。)、セルロース繊維が変性してしまはないよう注意する必要がある。 When the polybasic acid functions as a compatibilizer, the degree of progress of modification of the cellulose fibers does not matter, so the quality of the resulting fibrous cellulose composite resin is stabilized. However, it is necessary to pay attention to the moisture content of the dried fibrous cellulose during kneading (this point is as described above) so as not to denature the cellulose fibers.
無水多塩基酸としては、セルロース繊維を変性させる場合、単に含有させる場合のいずれにおいても、下記の構造式(3)又は構造式(4)を示すものを使用するのが好ましい。 As the polybasic acid anhydride, it is preferable to use one represented by the following structural formula (3) or (4), regardless of whether the cellulose fiber is modified or simply contained.
上記構造式(3)又は構造式(4)を示す無水多塩基酸を使用することによってマイクロ繊維セルロース及び樹脂の相溶性が向上する。 The compatibility of the microfiber cellulose and the resin is improved by using the polybasic anhydride having the above structural formula (3) or (4).
多塩基酸の固形分での配合質量割合は、多塩基酸を変性に利用する場合、単に含有させる場合のいずれにおいても、0.1~50質量%であるのが好ましく、1~30質量%であるのがより好ましく、2~20質量%であるのが特に好ましい。 The blending mass ratio of the solid content of the polybasic acid is preferably 0.1 to 50% by mass, and 1 to 30% by mass, regardless of whether the polybasic acid is used for modification or simply contained. is more preferable, and 2 to 20% by mass is particularly preferable.
混練処理には、例えば、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。それらのなかで、二軸以上の多軸混練機を使用することが好ましい。二軸以上の多軸混練機を1機以上、並列又は直列にして、使用しても良い。 For the kneading treatment, for example, one or more selected from single-screw or multi-screw kneaders with two or more screws, mixing rolls, kneaders, roll mills, Banbury mixers, screw presses, dispersers, etc. are used. be able to. Among them, it is preferable to use a multi-screw kneader with two or more screws. One or more multi-screw kneaders with two or more screws may be used in parallel or in series.
また、二軸以上の多軸混練機のスクリューの周速は、0.2~200m/分が好ましく、0.5~150m/分がさらに好ましく、1~100m/分が特に好ましい。周速が0.2m/分未満の場合は、うまく樹脂中にマイクロ繊維セルロースを分散させることができない。他方、周速が200m/分を超える場合、マイクロ繊維セルロースへのせん断力が過多となり、補強効果が得られない。 The peripheral speed of the screws of the multi-screw kneader with two or more screws is preferably 0.2 to 200 m/min, more preferably 0.5 to 150 m/min, and particularly preferably 1 to 100 m/min. If the peripheral speed is less than 0.2 m/min, the microfiber cellulose cannot be well dispersed in the resin. On the other hand, when the peripheral speed exceeds 200 m/min, the shear force applied to the microfiber cellulose becomes excessive, and the reinforcing effect cannot be obtained.
本形態において使用される混練機のスクリュー径と混練部の長さの比は、15~60が好ましい。比が15未満の場合は、混練部が短く、マイクロ繊維セルロースと樹脂とを混ぜることができない恐れがある。比が60を超える場合は、混練部が長すぎるため、マイクロ繊維セルロースへのせん断的負荷及び熱劣化が高くなり、補強効果が得られない恐れがある。 The ratio of the screw diameter of the kneader used in this embodiment to the length of the kneading section is preferably 15-60. If the ratio is less than 15, the kneading section may be too short to mix the microfiber cellulose and the resin. If the ratio exceeds 60, the length of the kneading section is too long, which increases the shear load and thermal deterioration of the microfiber cellulose, possibly failing to obtain the reinforcing effect.
混練処理の温度は、樹脂のガラス転移点以上であり、樹脂の種類によって異なるが、80~280℃とするのが好ましく、90~260℃とするのがより好ましく、100~240℃とするのが特に好ましい。 The temperature of the kneading treatment is higher than the glass transition point of the resin, and varies depending on the type of resin, but is preferably 80 to 280°C, more preferably 90 to 260°C, and more preferably 100 to 240°C. is particularly preferred.
混練に際しては、無水マレイン酸ポリプロピレンを添加しても良い。無水マレイン酸ポリプロピレンの添加量は、マイクロ繊維セルロースの配合量を100質量部として、好ましくは1~1000質量部、より好ましくは5~500質量部、特に好ましくは10~200質量部である。添加量が1質量部を下回ると効果が不十分である。他方、添加量が1000質量部を上回ると過剰添加となり、逆に樹脂マトリックスの強度を低下させる恐れがある。 During kneading, polypropylene maleic anhydride may be added. The amount of maleic anhydride polypropylene to be added is preferably 1 to 1000 parts by mass, more preferably 5 to 500 parts by mass, and particularly preferably 10 to 200 parts by mass based on 100 parts by mass of microfiber cellulose. If the amount added is less than 1 part by mass, the effect is insufficient. On the other hand, if the amount added exceeds 1,000 parts by mass, it is excessively added, which may adversely reduce the strength of the resin matrix.
混練に際しては、マイクロ繊維セルローススラリーのpHを調整する方法として、アミン類を添加しても良い。アミン類としては、例えば、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、トリエタノールアミン、N,N-ジメチルプロパン-2-アミン、テトラメチルエチレンアミン、ヘキサメチルアミン、スペルミジン、スペルミン、アマンタジン、アニリン、フェネチルアミン、トルイジン、カテコールアミン、1,8-ビス(ジメチルアミノ)ナフタレン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、キヌクリジン、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、オキサゾール、チアゾール、4-ジメチルアミノピリジン等を例示することができる。 During kneading, amines may be added as a method of adjusting the pH of the microfiber cellulose slurry. Examples of amines include methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, ethylenediamine, triethanolamine, N,N-dimethylpropan-2-amine, tetramethylethyleneamine, hexamethylamine, spermidine, and spermine. , amantadine, aniline, phenethylamine, toluidine, catecholamine, 1,8-bis(dimethylamino)naphthalene, pyrrolidine, piperidine, piperazine, morpholine, quinuclidine, pyrrole, pyrazole, imidazole, pyridine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, oxazole, thiazole, 4-dimethylaminopyridine and the like can be exemplified.
アミン類の添加量は、マイクロ繊維セルロースの配合量を100質量部として、好ましくは1~1000質量部、より好ましくは5~500質量部、特に好ましくは10~200質量部である。添加量が1質量部を下回るとpH調整が不十分である。他方、添加量が200質量部を上回ると過剰添加となり、逆に樹脂マトリックスの強度を低下する恐れがある。 The amount of amines added is preferably 1 to 1000 parts by mass, more preferably 5 to 500 parts by mass, and particularly preferably 10 to 200 parts by mass based on 100 parts by mass of the microfiber cellulose. If the amount added is less than 1 part by mass, pH control is insufficient. On the other hand, if the added amount exceeds 200 parts by mass, it becomes an excessive addition, which may conversely reduce the strength of the resin matrix.
マイクロ繊維セルロースを疎水変性する場合の溶媒としては、溶媒なし(溶媒を使用しない)、プロトン性極性溶媒、非プロトン性極性溶媒、非極性溶媒、樹脂等を挙げることができる。ただし、溶媒としては、樹脂を使用するのが好ましく、本形態においては樹脂と混練する際に変性するので、溶媒を実質不要とすることができる。 Solvents for hydrophobizing microfiber cellulose include no solvent (no solvent is used), protic polar solvents, aprotic polar solvents, nonpolar solvents, resins, and the like. However, it is preferable to use a resin as the solvent, and in the present embodiment, the resin is modified when kneaded, so the solvent can be substantially eliminated.
プロトン性極性溶媒としては、例えば、ギ酸、ブタノール、イソブタノール、ニトロメタン、エタノール、メタノール、酢酸、水等を使用することができる。 Examples of protic polar solvents that can be used include formic acid, butanol, isobutanol, nitromethane, ethanol, methanol, acetic acid, and water.
非プロトン性極性溶媒としては、例えば、N-メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、炭酸プロピレン等を使用することができる。 As the aprotic polar solvent, for example, N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, ethyl acetate, acetone, dimethylformamide, acetonitrile, dimethylsulfoxide, propylene carbonate and the like can be used.
非極性溶媒としては、例えば、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、クロロホルム、ジエチルエーテル、ジクロロメタン、等を使用することができる。 Examples of nonpolar solvents that can be used include hexane, benzene, toluene, chloroform, diethyl ether, dichloromethane, and the like.
マイクロ繊維セルロース及び樹脂の溶解パラメータ(cal/cm3)1/2(SP値)の差は、マイクロ繊維セルロースのSPMFC値、樹脂のSPPOL値とすると、SP値の差=SPMFC値-SPPOL値とすることができる。SP値の差は0.1~10が好ましく、0.5~8がより好ましく、1~5が特に好ましい。SP値の差が10を超えると、樹脂中でマイクロ繊維セルロースが分散せず、補強効果を得ることはできない。他方、SP値の差が0.1未満であるとマイクロ繊維セルロースが樹脂に溶解してしまい、フィラーとして機能せず、補強効果が得られない。この点、樹脂(溶媒)のSPPOL値とマイクロ繊維セルロース(溶質)のSPMFC値の差が小さい程、補強効果が大きい。なお、溶解パラメータ(cal/cm3)1/2(SP値)とは、溶媒-溶質間に作用する分子間力を表す尺度であり、SP値が近い溶媒と溶質であるほど、溶解度が増す。 If the difference in the solubility parameter (cal/cm 3 ) 1/2 (SP value) of microfiber cellulose and resin is the SP MFC value of microfiber cellulose and the SP POL value of resin, the difference in SP value = SP MFC value - SP can be a POL value. The SP value difference is preferably 0.1 to 10, more preferably 0.5 to 8, and particularly preferably 1 to 5. If the SP value difference exceeds 10, the microfiber cellulose will not be dispersed in the resin, and the reinforcing effect cannot be obtained. On the other hand, if the difference in SP value is less than 0.1, the microfiber cellulose will dissolve in the resin and will not function as a filler, failing to obtain a reinforcing effect. In this regard, the smaller the difference between the SP POL value of the resin (solvent) and the SP MFC value of the microfiber cellulose (solute), the greater the reinforcing effect. The solubility parameter (cal/cm 3 ) 1/2 (SP value) is a measure of the intermolecular force acting between a solvent and a solute. Solvents and solutes with closer SP values have higher solubility. .
(その他の原料)
マイクロ繊維セルロースには、セルロースナノファイバー、ミクロフィブリルセルロース、ミクロフィブリル状微細繊維、微少繊維セルロース、ミクロフィブリル化セルロース、スーパーミクロフィブリルセルロース等と称される各種微細繊維の中から1種又は2種以上を含ませることができ、また、これらの微細繊維が含まれていてもよい。また、これらの微細繊維を更に微細化した繊維をも含ませることもでき、また、含まれていてもよい。ただし、全原料繊維中におけるマイクロ繊維セルロースの割合が10質量%以上、好ましくは30質量%以上、より好ましくは60質量%以上となるようにする必要がある。
(Other raw materials)
Microfibrous cellulose includes one or more of various fine fibers called cellulose nanofiber, microfibril cellulose, microfibrillar fine fiber, microfiber cellulose, microfibrillated cellulose, super microfibril cellulose, and the like. can be included, and these fine fibers may also be included. In addition, it is also possible to include, or may include, fibers obtained by further miniaturizing these fine fibers. However, it is necessary that the proportion of microfiber cellulose in all raw material fibers is 10% by mass or more, preferably 30% by mass or more, and more preferably 60% by mass or more.
また、以上のほか、ケナフ、ジュート麻、マニラ麻、サイザル麻、雁皮、三椏、楮、バナナ、パイナップル、ココヤシ、トウモロコシ、サトウキビ、バガス、ヤシ、パピルス、葦、エスパルト、サバイグラス、麦、稲、竹、各種針葉樹(スギ及びヒノキ等)、広葉樹及び綿花などの各種植物体から得られた植物材料に由来する繊維を含ませることもでき、含まれていてもよい。 In addition to the above, kenaf, jute hemp, manila hemp, sisal hemp, ganpi, mitsumata, mulberry, banana, pineapple, coconut palm, corn, sugar cane, bagasse, palm, papyrus, reed, esparto, sabaigrass, barley, rice, bamboo, Fibers derived from plant materials obtained from various plants such as various coniferous trees (such as cedar and cypress), broad-leaved trees, and cotton can also be included, and may be included.
繊維状セルロース複合樹脂の原料としては、マイクロ繊維セルロース及び樹脂の他、例えば、帯電防止剤、難燃剤、抗菌剤、着色剤、ラジカル捕捉剤、発泡剤等の中から1種又は2種以上を選択して、本発明の効果を阻害しない範囲で使用することができる。 As raw materials for the fibrous cellulose composite resin, in addition to microfiber cellulose and resin, for example, one or more of antistatic agents, flame retardants, antibacterial agents, colorants, radical scavengers, foaming agents, etc. It can be selected and used within a range that does not impair the effects of the present invention.
これらの原料は、マイクロ繊維セルロース(分散液)に混合しても、繊維状セルロース乾燥体及び樹脂の混練の際に併せて混練しても、これらの混練物に混練しても、その他の方法で混練してもよい。ただし、製造効率の面からは、繊維状セルロース乾燥体及び樹脂の混練の際に併せて混練するのが好ましい。 These raw materials may be mixed with the microfiber cellulose (dispersion), kneaded together during the kneading of the dried fibrous cellulose and the resin, kneaded with these kneaded products, or by other methods. can be kneaded with However, from the viewpoint of production efficiency, it is preferable to knead the dried fibrous cellulose and the resin at the same time.
樹脂には、エチレン-αオレフィン共重合エラストマー又はスチレン-ブタジエンブロック共重合体が含有されていてもよい。α-オレフィンの例としては、ブテン、イソブテン、ペンテン、ヘキセン、メチル-ペンテン、オクテン、デセン、ドデセン等が挙げられる。 The resin may contain an ethylene-α-olefin copolymer elastomer or a styrene-butadiene block copolymer. Examples of α-olefins include butene, isobutene, pentene, hexene, methyl-pentene, octene, decene, dodecene, and the like.
(成形処理)
繊維状セルロース乾燥体及び樹脂の混練物は、必要により再度混練処理を行った後、所望の形状に成形して繊維状セルロース複合樹脂とすることもできる。なお、混練物に変性マイクロ繊維セルロースが分散していても、成形加工性に優れている。
(Molding process)
The dried fibrous cellulose and the kneaded resin can be kneaded again if necessary, and then molded into a desired shape to obtain a fibrous cellulose composite resin. Even when the modified microfiber cellulose is dispersed in the kneaded product, the kneaded product is excellent in moldability.
成形の大きさや厚さ、形状等は、特に限定されず、例えば、シート状、ペレット状、粉末状、繊維状等とすることができる。 The size, thickness, shape, and the like of the molded product are not particularly limited, and may be, for example, sheet-like, pellet-like, powder-like, fibrous-like, or the like.
成形処理の際の温度は、樹脂のガラス転移点以上であり、樹脂の種類によって異なるが、80~280℃とするのが好ましく、90~260℃とするのがより好ましく、100~240℃とするのが特に好ましい。 The temperature during the molding process is equal to or higher than the glass transition point of the resin, and varies depending on the type of resin, but is preferably 80 to 280°C, more preferably 90 to 260°C, and more preferably 100 to 240°C. is particularly preferred.
成形処理の装置としては、例えば、射出成形機、吹込成形機、中空成形機、ブロー成形機、圧縮成形機、押出成形機、真空成形機、圧空成形機等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。 As the apparatus for molding treatment, for example, one or more of injection molding machines, blow molding machines, blow molding machines, blow molding machines, compression molding machines, extrusion molding machines, vacuum molding machines, air pressure molding machines, etc. can be selected and used.
成形処理は、公知の成形方法によることができ、例えば、金型成形、射出成形、押出成形、中空成形、発泡成形等によることができる。また、混練物を紡糸して繊維状にし、前述した植物材料等と混繊してマット形状、ボード形状とすることもできる。混繊は、例えば、エアーレイにより同時堆積させる方法等によることができる。 The molding treatment can be performed by a known molding method, such as die molding, injection molding, extrusion molding, blow molding, foam molding, and the like. Alternatively, the kneaded product may be spun into a fibrous form and mixed with the above-described plant material or the like to form a mat or board. Mixing can be carried out by, for example, a method of simultaneous deposition by air laying.
なお、この成形処理は、混練処理に続いて行うことも、混練物をいったん冷却し、破砕機等を使用してチップ化した後、このチップを押出成形機や射出成形機等の成形機に投入して行うこともできる。 This molding process may be carried out after the kneading process, or the kneaded material may be cooled once, chipped using a crusher or the like, and then the chips may be placed in a molding machine such as an extruder or an injection molding machine. You can also put it in.
(用語の定義、測定方法等)
明細書中の用語は、特に断りのない限り、以下のとおりである。
(Definition of terms, measurement method, etc.)
Unless otherwise specified, the terms used in the specification are as follows.
(平均繊維径)
固形分濃度0.01~0.1質量%のマイクロ繊維セルロースの水分散液100mlをテフロン(登録商標)製メンブレンフィルターでろ過し、エタノール100mlで1回、t-ブタノール20mlで3回溶媒置換する。次に、凍結乾燥し、オスミウムコーティングして試料とする。この試料について、構成する繊維の幅に応じて5000倍、10000倍又は30000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡SEM画像による観察を行う。具体的には、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に三本引く。さらに、この三本の直線と交錯する合計100本の繊維の幅を目視で計測する。そして、計測値の中位径を平均繊維径とする。
(average fiber diameter)
100 ml of an aqueous dispersion of microfiber cellulose with a solid content concentration of 0.01 to 0.1% by mass is filtered through a Teflon (registered trademark) membrane filter, and the solvent is replaced once with 100 ml of ethanol and 3 times with 20 ml of t-butanol. . It is then freeze-dried and coated with osmium to form a sample. This sample is observed with an electron microscope SEM image at a magnification of 5,000, 10,000 or 30,000 times depending on the width of the constituent fibers. Specifically, two diagonal lines are drawn on the observation image, and three straight lines passing through the intersections of the diagonal lines are arbitrarily drawn. Furthermore, the width of a total of 100 fibers intersecting with these three straight lines is visually measured. Then, the median diameter of the measured value is taken as the average fiber diameter.
(平均繊維長・フィブリル化率)
平均繊維長とフィブリル化率は、バルメット社製の繊維分析計「FS5」によって測定する。
(Average fiber length/fibrillation rate)
The average fiber length and fibrillation rate are measured by a fiber analyzer "FS5" manufactured by Valmet.
(アスペクト比)
上記平均繊維長を平均繊維幅(径)で除した値である。
(aspect ratio)
It is a value obtained by dividing the average fiber length by the average fiber width (diameter).
(結晶化度)
JIS-K0131(1996)の「X線回折分析通則」に準拠して、X線回折法により測定した値である。なお、マイクロ繊維セルロースは、非晶質部分と結晶質部分とを有し、結晶化度は、マイクロ繊維セルロース全体における結晶質部分の割合を意味することになる。
(crystallinity)
It is a value measured by an X-ray diffraction method in accordance with JIS-K0131 (1996) "General Rules for X-ray Diffraction Analysis". It should be noted that the microfiber cellulose has an amorphous portion and a crystalline portion, and the degree of crystallinity means the proportion of the crystalline portion in the entire microfiber cellulose.
(パルプ粘度)
JIS-P8215(1998)に準拠して測定する。なお、パルプ粘度が高いほどマイクロ繊維セルロースの重合度が高いことを意味する。
(pulp viscosity)
Measure according to JIS-P8215 (1998). It should be noted that the higher the pulp viscosity, the higher the degree of polymerization of the microfiber cellulose.
(フリーネス)
JIS P8121-2:2012に準拠して測定した値である。
(Freeness)
It is a value measured according to JIS P8121-2:2012.
(含水率(水分率))
繊維の水分率は、定温乾燥機を用いて、試料を105℃で6時間以上保持し質量の変動が認められなくなった時点の質量を乾燥後質量とし、下記式にて算出した値である。
繊維水分率(%)=[(乾燥前質量-乾燥後質量)÷乾燥前質量]×100
(Moisture content (moisture content))
The moisture content of the fiber is a value calculated by the following formula, using a constant temperature dryer, holding the sample at 105° C. for 6 hours or more, and using the mass after drying as the mass when no change in mass is observed.
Fiber moisture content (%) = [(mass before drying - mass after drying) / mass before drying] x 100
(保水度)
J A P A N T A P P I N o . 2 6 : 2 0 0 0 に準拠した保水度の測定法により、測定した値である。
(water retention)
JAPAN TAPPI NO. 26: 2000-based water retention measurement method.
次に、本発明の実施例を示し、本発明の作用効果を明らかにする。 Next, examples of the present invention will be shown to clarify the effects of the present invention.
(実施例1)
固形分濃度2質量%のマイクロ繊維セルロース水分散液500gに、ポリプロピレン粉末10gを添加し、No.2ろ紙にて10分間吸引濾過(脱水)してマイクロ繊維セルロース含有物を得た。
(Example 1)
10 g of polypropylene powder was added to 500 g of a microfiber cellulose aqueous dispersion having a solid content concentration of 2% by mass. 2 filter paper for 10 minutes with suction filtration (dehydration) to obtain the microfiber cellulose inclusions.
脱水したマイクロ繊維セルロース凝集物を105℃で加熱乾燥し繊維状セルロース乾燥体を得た。当該繊維状セルロース乾燥体の含水率は10%未満であった。当該繊維状セルロース乾燥体とフタル酸7gとポリプロピレンペレット73gとを180℃、200rpmの条件で二軸混練機にて混練し、繊維状セルロース複合樹脂を得た。得られた繊維状セルロース複合樹脂は、ペレッターで2mm径、2mm長の円柱状にカットし、180℃で直方体試験片(長さ59mm、幅9.6mm、厚さ3.8mm)に射出成形した。 The dehydrated microfiber cellulose aggregate was dried by heating at 105° C. to obtain a fibrous cellulose dry body. The moisture content of the dried fibrous cellulose was less than 10%. The dried fibrous cellulose, 7 g of phthalic acid, and 73 g of polypropylene pellets were kneaded in a twin-screw kneader at 180° C. and 200 rpm to obtain a fibrous cellulose composite resin. The resulting fibrous cellulose composite resin was cut into cylinders with a diameter of 2 mm and a length of 2 mm using a pelleter, and injection-molded at 180° C. into cuboid specimens (length 59 mm, width 9.6 mm, thickness 3.8 mm). .
マイクロ繊維セルロースの物性、樹脂粉末の粒径、脱水後の含水率、並びにマイクロ繊維セルロース(MFC)、薬品(フタル酸)、樹脂粉末及び樹脂ペレットの配合割合は、表1に示した。 Table 1 shows the physical properties of the microfiber cellulose, the particle size of the resin powder, the water content after dehydration, and the mixing ratio of the microfiber cellulose (MFC), the chemical (phthalic acid), the resin powder, and the resin pellets.
得られた繊維状セルロース複合樹脂の成型物について、曲げ試験を行った。結果は、表1に示した。なお、曲げ試験の評価方法は、次のとおりである。 A bending test was performed on the obtained fibrous cellulose composite resin molding. The results are shown in Table 1. In addition, the evaluation method of the bending test is as follows.
(曲げ試験)
曲げ弾性率は、JIS K7171:2008に準拠して測定した。表中には、評価結果を以下の基準で示した。
樹脂自体の曲げ弾性率を1として複合樹脂の曲げ弾性率(倍率)が1.5倍以上の場合 :○
樹脂自体の曲げ弾性率を1として複合樹脂の曲げ弾性率(倍率)が1.4倍以上1.5倍未満の場合:△
(bending test)
The flexural modulus was measured according to JIS K7171:2008. In the table, the evaluation results are shown according to the following criteria.
When the bending elastic modulus of the resin itself is 1 and the bending elastic modulus (magnification) of the composite resin is 1.5 times or more: ○
When the bending elastic modulus of the resin itself is 1 and the bending elastic modulus (magnification) of the composite resin is 1.4 times or more and less than 1.5 times: △
樹脂自体の曲げ弾性率を1として複合樹脂の曲げ弾性率(倍率)が1.4倍未満の場合:× If the bending elastic modulus (magnification) of the composite resin is less than 1.4 times the bending elastic modulus of the resin itself as 1: ×
(その他の実施例及び比較例)
実施例2~8及び比較例1については、表1に示すように各種条件を変化させて実施例1と同様の試験を行った。比較例2については、実施例8に対して脱水を行わず、直ちに乾燥した試験を行った。結果は、表1に示した。なお、多塩基酸は基本的に混練直前に添加することとした。また、比較例2の結果について、理由は明確でないが、長時間乾燥させたため熱劣化して十分な強度が得られなかったと考えられる。
(Other Examples and Comparative Examples)
For Examples 2 to 8 and Comparative Example 1, various conditions were changed as shown in Table 1, and the same tests as in Example 1 were performed. As for Comparative Example 2, a test was conducted in which dehydration was not performed as compared with Example 8, but drying was performed immediately. The results are shown in Table 1. The polybasic acid was basically added just before kneading. As for the result of Comparative Example 2, although the reason is not clear, it is considered that the material was thermally deteriorated due to the long drying time, and sufficient strength was not obtained.
本発明は、繊維状セルロース複合樹脂及び繊維状セルロース含有物の製造方法、並びに繊維状セルロース複合樹脂として利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a fibrous cellulose composite resin, a method for producing a fibrous cellulose-containing material, and a fibrous cellulose composite resin.
Claims (7)
前記マイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥するに先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が30質量%以上、93質量%以下になるまで脱水する、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。 A dispersion of microfiber cellulose is obtained by fibrillating raw material fibers in a range in which the average fiber width is 0.1 μm or more and the fibrillation rate is 30% or less , the dispersion of microfiber cellulose is dried, and a resin is added. is a method of kneading by
Prior to drying the microfiber cellulose dispersion, dehydration is performed until the water content of the microfiber cellulose dispersion is 30% by mass or more and 93% by mass or less.
A method for producing a fibrous cellulose composite resin, characterized by:
請求項1に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。 The defibration is performed so that the water retention of the microfiber cellulose is 380% or less,
The method for producing the fibrous cellulose composite resin according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。 The fibrillation is performed so that the fibrillation rate of the microfiber cellulose is 1% or more,
The method for producing the fibrous cellulose composite resin according to claim 1 or 2.
かつ、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水及び乾燥後に添加する樹脂として樹脂ペレットを使用する、
請求項1~3のいずれか1項に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。 adding resin powder to the microfiber cellulose dispersion prior to dehydration of the microfiber cellulose dispersion;
and using resin pellets as the resin added after dehydration and drying of the microfiber cellulose dispersion.
A method for producing a fibrous cellulose composite resin according to any one of claims 1 to 3.
かつ、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水及び乾燥後に樹脂を添加しない、
請求項1~3のいずれか1項に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。 adding resin powder to the microfiber cellulose dispersion prior to dehydration of the microfiber cellulose dispersion;
and no resin is added after dehydration and drying of the microfiber cellulose dispersion.
A method for producing a fibrous cellulose composite resin according to any one of claims 1 to 3.
前記マイクロ繊維セルロースの分散液の乾燥に先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が30質量%以上、93質量%以下になるまで脱水する、
ことを特徴とする繊維状セルロース含有物の製造方法。 A method of defibrating raw material fibers in a range where the average fiber width is 0.1 μm or more and the fibrillation rate is 30% or less to obtain a dispersion of microfiber cellulose, and drying the dispersion of microfiber cellulose,
Prior to drying the microfiber cellulose dispersion, dehydration is performed until the water content of the microfiber cellulose dispersion is 30% by mass or more and 93% by mass or less.
A method for producing a fibrous cellulose-containing material, characterized by:
前記繊維状セルロース含有物は、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の乾燥に先立って当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が30質量%以上、93質量%以下になるまで脱水されたものである、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂。 A fibrous cellulose content obtained by drying a dispersion of microfiber cellulose having an average fiber width of 0.1 μm or more and a fibrillation rate of 30% or less , and a resin,
The fibrous cellulose-containing material is dehydrated prior to drying the microfiber cellulose dispersion until the water content of the microfiber cellulose dispersion is 30% by mass or more and 93% by mass or less.
A fibrous cellulose composite resin characterized by:
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