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WO2024106173A1 - 樹脂複合物 - Google Patents

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Publication number
WO2024106173A1
WO2024106173A1 PCT/JP2023/038833 JP2023038833W WO2024106173A1 WO 2024106173 A1 WO2024106173 A1 WO 2024106173A1 JP 2023038833 W JP2023038833 W JP 2023038833W WO 2024106173 A1 WO2024106173 A1 WO 2024106173A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
acid
resin composite
resin
mass
cellulose fibers
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/038833
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健一郎 佐々木
惟緒 角田
洋文 福井
啓太 板倉
正 今井
Original Assignee
日本製紙株式会社
三井化学株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本製紙株式会社, 三井化学株式会社 filed Critical 日本製紙株式会社
Publication of WO2024106173A1 publication Critical patent/WO2024106173A1/ja

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22Oxides; Hydroxides of metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24Acids; Salts thereof
    • C08K3/26Carbonates; Bicarbonates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08K5/04Oxygen-containing compounds
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    • C08K5/3412Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having one nitrogen atom in the ring
    • C08K5/3432Six-membered rings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/08Cellulose derivatives
    • C08L1/10Esters of organic acids, i.e. acylates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00Compositions of unspecified macromolecular compounds

Definitions

  • the present invention relates to a resin composite containing acylated microfine cellulose fibers.
  • Cellulose nanofibers are fibers with a nano-level fiber diameter of 1000 nm or less. They are lightweight, have high strength and elastic modulus, and have a low coefficient of linear thermal expansion, making them ideal for use as a reinforcing material for resin composites.
  • a method is known in which modified cellulose fibers obtained by chemically modifying a cellulose raw material and resin are compounded with the resin by the shear force of a kneader while defibrating the modified cellulose fibers, thereby obtaining a resin composite containing cellulose nanofibers (see Patent Document 1). Since defibration can be performed while kneading, this method has the advantage of being able to reduce production costs compared to a method in which modified cellulose is first defibrated and then kneaded with a resin.
  • acetylated cellulose fibers are used as modified cellulose fibers because the more hydrophobic the modified cellulose fibers are, the more compatible they are with the resin, and the stronger the resulting resin composite is (see Patent Document 1).
  • resin composites obtained using acetylated cellulose fibers as the modified cellulose fibers have poor weather resistance and suffer from the problem of whitening.
  • This whitening phenomenon is thought to occur when a resin composite is exposed to light for a long period of time in the presence of moisture, accelerating the hydrolysis of acetyl groups and generating acid, which deteriorates the surface properties of the resin composite and causes light scattering, resulting in a white appearance. Therefore, there has been a demand for resin composites with excellent weather resistance, as well as resin composites with excellent defibration properties, tensile elongation, and weather resistance.
  • the object of the present invention is to provide a resin composite containing fine cellulose fibers having acyl groups with excellent weather resistance (hereinafter also referred to as "acylated fine cellulose fibers").
  • acylated fine cellulose fibers it is an object to provide a resin composite containing acylated fine cellulose fibers with excellent defibration properties, tensile elongation, and weather resistance.
  • the present invention provides the following: (1) A resin composite containing fine cellulose fibers having acyl groups and a thermoplastic resin, comprising (A) microparticles having an ultraviolet shielding ability and (B) a stabilizer that reacts with or captures polymer radicals, and characterized in that the cellulose resin composite contains 0.5 parts by mass or more of the microparticles of (A) per 10 parts by mass of cellulose excluding acyl groups in the fine cellulose fibers having acyl groups. (2) The resin composite according to (1), wherein the fine particles of (A) are at least one pigment selected from the group consisting of carbon black, titanium oxide, and calcium carbonate.
  • the fine cellulose fibers having an acyl group are acetylated fine cellulose fibers.
  • the stabilizing agent (B) is contained in an amount of 0.1 part by mass or less per 10 parts by mass of cellulose excluding acyl groups in the fine cellulose fibers having acyl groups.
  • a resin composite containing acylated fine cellulose fibers that have excellent weather resistance. Also, according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a resin composite containing acylated fine cellulose fibers that have excellent defibration properties, tensile elongation, and weather resistance.
  • the amount of each component contained in the resin composite means the total amount of the multiple substances present in the resin composite when multiple substances corresponding to each component are present in the resin composite, unless otherwise specified.
  • the resin composite of the present invention is a resin composite containing fine cellulose fibers having acyl groups and a thermoplastic resin, and contains (A) microparticles having ultraviolet shielding ability and (B) a stabilizer that reacts with or captures polymer radicals, and contains 0.5 parts by mass or more of the microparticles of (A) per 10 parts by mass of cellulose excluding acyl groups among the fine cellulose fibers having acyl groups.
  • the fine cellulose fibers having acyl groups contained in the resin composite of the present invention can be produced, for example, by introducing acyl groups into a cellulose raw material (acylation) to produce cellulose fibers having acyl groups, and then nano-sizing at least a portion of the fibers.
  • the fine cellulose fibers having acyl groups include at least fibers having a fiber diameter of 1000 nm or less (hereinafter also referred to as "nanofibers”).
  • the fine cellulose fibers having acyl groups may also include fibers having a fiber diameter of more than 1000 nm (hereinafter also referred to as "microfibers").
  • scanning probe microscopes and electron microscopes are used for observations on the order of nm. When making observations with these devices, the object must be exposed.
  • the defibration of cellulose fibers is performed in a resin, so when observing the degree of defibration of cellulose fibers in a resin composite, it is necessary to dissolve the resin in a solvent.
  • an optical microscope was used to evaluate the degree of defibration of fibers in a resin composite in order to evaluate the state of fibers from the micro-level to the nano-level in a wide field of view.
  • whether or not the details of a specimen can be correctly distinguished is generally determined by the resolution and numerical aperture of the microscope, and the following formula (Rayleigh resolution) is known.
  • k ⁇ /NA ( ⁇ : resolution, k: coefficient, ⁇ : wavelength of light, NA: numerical aperture of the microscope objective lens)
  • the following method was used to determine whether the fiber diameter is 1000 nm or less.
  • a lens with a numerical aperture of 0.33 or more can be used as a microscope objective lens to resolve the distance between two points to 1000 nm.
  • the fiber is expressed as a "haze" where something is present, although it is out of focus, compared to the background part where no fiber is present being expressed in a clear state.
  • the content of the fine cellulose fibers having acyl groups in the resin composite is preferably 1 to 80 parts by mass, more preferably 3 to 60 parts by mass, and even more preferably 5 to 40 parts by mass, per 100 parts by mass of the total of the fine cellulose fibers having acyl groups and the resin (preferably a thermoplastic resin).
  • the cellulose raw material refers to various forms of materials mainly composed of cellulose.
  • wood-based virgin pulp such as softwood bleached kraft pulp (NBKP), hardwood bleached kraft pulp (LBKP), or softwood unbleached kraft pulp (NUKP), or waste paper pulp regenerated from waste paper
  • NNKP softwood bleached kraft pulp
  • LKP hardwood bleached kraft pulp
  • NUKP softwood unbleached kraft pulp
  • waste paper pulp regenerated from waste paper can be used and is preferable.
  • wood pulp derived from softwood or hardwood, or pulp derived from non-wood plants can be used as the pulp. Examples of pulp derived from non-wood plants include straw pulp, bagasse pulp, reed pulp, kenaf pulp, linen pulp, ramie pulp, hemp pulp, flax pulp, bamboo pulp, etc.
  • the pulp may or may not contain lignin and/or lignocellulose.
  • a process for removing lignin from the pulp or a process for removing lignin from the lignocellulose fiber may be performed.
  • fibers derived from plants that do not originally contain lignin can be used.Furthermore, for example, dissolving pulp, sulfite pulp, kraft pulp, semi-chemical pulp, chemi-ground pulp, refiner ground pulp, thermomechanical pulp, groundwood pulp, refiner ground pulp, thermomechanical pulp, and pulp for fiberboard may be used.
  • the type and mixing ratio of these pulps can be adjusted and changed according to the required quality.
  • various chemicals may be added (internal addition) to achieve the required quality and stabilize operations.
  • Such chemicals include softeners, bulking agents, dyes, dispersants, wet strength agents, dry strength agents, drainage aids, pitch control agents, and retention aids.
  • These pulps may also be bleached, and pulp that has gone through waste paper or process recycling can also be used.
  • acylation In the case of cellulose fibers having acyl groups (also referred to as “acylated cellulose fibers”), the hydroxyl groups present on the cellulose surface are preferably substituted with lower acyl groups.
  • lower refers to the "carbon number being 1 to 5".
  • the R is an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, such as a linear or branched alkyl group, including a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a tert-butyl group (pivalo group), a pentyl group, or the like.
  • the hydroxyl groups i.e., hydroxyl groups of the sugar chain
  • the hydroxyl groups present in at least one of cellulose and hemicellulose (including lignocellulose) are preferably replaced with a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxyl group of at least one carboxylic acid selected from the group consisting of saturated fatty acids, unsaturated carboxylic acids, monounsaturated fatty acids, diunsaturated fatty acids, triunsaturated fatty acids, tetraunsaturated fatty acids, pentaunsaturated fatty acids, hexaunsaturated fatty acids, aromatic carboxylic acids, dicarboxylic acids, amino acids, maleimide compounds represented by the following general formula 1, and phthalimide compounds represented by the following general formula 2.
  • n represents an integer from 1 to 6.
  • n represents an integer from 1 to 6.
  • the acylated cellulose fiber is preferably one in which the hydroxyl groups of the cellulose sugar chains are acylated with a residue (acyl group (alkanoyl group)) obtained by removing the hydroxyl group from the carboxyl group of the above-mentioned carboxylic acid.
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxy group of at least one saturated fatty acid selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, pivalic acid, hexanoic acid (caproic acid), heptanoic acid (enanthic acid), octanoic acid (caprylic acid), pelargonic acid, decanoic acid (capric acid), undecylic acid, lauric acid, tridecylic acid, myristic acid, pentadecylic acid, palmitic acid, margaric acid, stearic acid, nonadecylic acid, and arachidic acid.
  • a saturated fatty acid selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, pivalic acid, hexanoic acid (caproic acid),
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxy group of at least one aromatic-substituted saturated fatty acid selected from the group consisting of phenoxyacetic acid, 3-phenoxypropionic acid, 4-phenoxybutyric acid, and 5-phenoxyvaleric acid.
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxyl group of at least one unsaturated carboxylic acid selected from the group consisting of acrylic acid and methacrylic acid.
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxyl group of at least one monounsaturated fatty acid selected from the group consisting of crotonic acid, myristoleic acid, palmitoleic acid, oleic acid, and ricinoleic acid.
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxyl group of at least one diunsaturated fatty acid selected from the group consisting of sorbic acid, linoleic acid, and eicosadienoic acid.
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxyl group of at least one triunsaturated fatty acid selected from the group consisting of linolenic acid, pinolenic acid, and eleostearic acid.
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxyl group of at least one tetraunsaturated fatty acid selected from the group consisting of stearidonic acid and arachidonic acid.
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxyl group of at least one penta-unsaturated fatty acid selected from the group consisting of bosseopentaenoic acid and eicosapentaenoic acid.
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxyl group of at least one hexa-unsaturated fatty acid selected from the group consisting of docosahexaenoic acid and herring acid.
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxy group of at least one aromatic carboxylic acid selected from the group consisting of benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, salicylic acid, gallic acid (3,4,5-trihydroxybenzenecarboxylic acid) and cinnamic acid (3-phenylprop-2-enoic acid).
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxyl group of at least one dicarboxylic acid selected from the group consisting of oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, fumaric acid, and maleic acid.
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue obtained by removing a hydrogen atom from the carboxyl group of at least one amino acid selected from the group consisting of glycine, ⁇ -alanine, and ⁇ -aminocaproic acid (6-aminohexanoic acid).
  • the acyl group of the acylated cellulose fiber is preferably a residue formed by removing a hydrogen atom from a carboxy group of at least one compound selected from the group consisting of maleimide compounds and phthalimide compounds.
  • acetylated cellulose fibers in which the acyl group is an acetyl group ( CH3 -CO-) are preferred as the acylated cellulose fiber.
  • the acetyl group substitution degree (DS) of the acetylated cellulose fiber is preferably 0.4 to 1.3, more preferably 0.6 to 1.1, from the viewpoint of strength development when made into a resin composite.
  • the acylation reaction can be carried out in a short time by suspending the raw material in an anhydrous aprotic polar solvent capable of swelling the cellulose raw material, such as N-methylpyrrolidone (NMP) or N,N-dimethylformamide (DMF), and carrying out the reaction in the presence of a base using the anhydride or acid chloride of the above-mentioned carboxylic acid, but it is also possible to carry out the reaction in the absence of a base or in the absence of an aprotic polar solvent by carrying out the reaction while stirring.
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • DMF N,N-dimethylformamide
  • Preferred bases for use in this acylation reaction include pyridine, N,N-dimethylaniline, sodium carbonate, sodium hydrogencarbonate, potassium carbonate, etc., with potassium carbonate being more preferred.
  • the acylation reaction is preferably carried out, for example, at room temperature to 100°C with stirring.
  • the acylated cellulose fibers obtained by acylation are preferably subjected to a washing treatment using water or the like after the modification treatment.
  • dehydration In the washing treatment, dehydration may be carried out as necessary. For example, dehydration by centrifugation may be used. Dehydration is preferably carried out until the solid content in the solvent is about 25 to 50%.
  • the cellulose fiber having an acyl group used in the present invention may be used in a dried state or in a wet state when used in the kneading step for producing the masterbatch.
  • the drying can be carried out, for example, using a blower dryer or a vacuum dryer. The drying can be carried out, for example, until the moisture content of the cellulose fiber having an acyl group becomes about 1 to 5%.
  • cellulose fibers having acyl groups are included as a material of the resin composite, exposure to light and water due to long-term outdoor use or storage etc. may easily cause the acylated ester bonds such as acetyl groups to break and generate acid, which may cause the resin to whiten.
  • the present invention contains the following fine particles (A) and stabilizer (B), it is believed that whitening of the resin composite is suppressed.
  • the acylated cellulose fibers can be nano-sized by mixing them with other raw materials, etc. The details of the nano-sized method for the acylated cellulose fibers are described below.
  • the fine particles having ultraviolet shielding ability (A) used in the resin composite of the present invention are not particularly limited as long as they are fine particles that absorb or reflect ultraviolet rays, but for example, at least one pigment selected from carbon black, titanium oxide, and calcium carbonate is preferable, and carbon black is more preferable from the viewpoint of ultraviolet shielding ability.
  • the average particle size of the fine particles is preferably 3 to 500 nm, more preferably 10 to 100 nm, from the viewpoint of ultraviolet shielding ability and from the viewpoint of strength properties of the resin composite by addition.
  • the resin composite of the present invention contains 0.5 parts by mass or more of (A) fine particles having ultraviolet shielding ability per 10 parts by mass of cellulose excluding acyl groups among fine cellulose fibers having acyl groups, preferably 0.5 to 10.0 parts by mass, and more preferably 0.7 to 3.0 parts by mass.
  • the blend amount is greater than the stabilizer and antioxidant described below.
  • the resin composite of the present invention contains the fine particles (A) in the above range, which makes it possible to suppress deterioration of the resin composite due to light. As a result, it is possible to suppress the whitening phenomenon in which the resin composite appears white due to deterioration of the surface properties and scattering of light.
  • the stabilizer (B) used in the resin composite of the present invention is a stabilizer that reacts with a polymer radical or a stabilizer that captures a polymer radical.
  • Such stabilizers are not particularly limited, but include, for example, hindered amine light stabilizers (HALS), phenolic antioxidants (including hindered phenolic antioxidants), etc.
  • the stabilizer (B) preferably includes a hindered amine light stabilizer (HALS) and a hindered phenolic antioxidant from the viewpoints of storage stability in a thermoplastic resin and compatibility and retention with an olefin resin.
  • the amount of stabilizer (B) in the resin composite of the present invention is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 1 part by mass or less, and even more preferably 0.1 part by mass or less per 10 parts by mass of cellulose excluding acyl groups in the fine cellulose fibers having acyl groups, from the viewpoints of preventing precipitation and strength reduction due to excessive addition and suppressing whitening. Also, from the viewpoints of storage stability in the thermoplastic resin and compatibility and retention with the olefin resin, it is preferably 0.001 part by mass or more, and even more preferably 0.01 part by mass or more. That is, it is preferable that the stabilizer (B) is contained in an amount of 0.001 to 10 parts by mass, more preferably 0.01 to 1 part by mass, and even more preferably 0.01 to 0.1 parts by mass.
  • HALS hindered amine light stabilizer
  • the inventors speculate that by setting the content of the stabilizer (B) to not more than the above upper limit, reaction between the hindered amine light stabilizer (HALS) and acids that have been removed from the acylated cellulose fibers due to heat and shear stress during melt-kneading or molding, or due to light during long-term storage, or acids that remain after the production of cellulose fibers having acyl groups, is suppressed, thereby contributing to the prevention of precipitation on the surface, the reduction in strength, and the suppression of the whitening phenomenon.
  • HALS hindered amine light stabilizer
  • urea when included as a material of the resin composite, the ammonia generated by the decomposition of urea during melt kneading dissolves in water, resulting in the inclusion of alkaline water.
  • alkaline material when included as a material of the resin composite, it is believed that this alkaline material easily releases acylated ester bonds such as acetyl groups, generating acid and causing whitening of the resin; however, in the present invention, since the fine particles (A) and the stabilizer (B) are included, whitening of the resin composite is believed to be suppressed.
  • the cellulose fibers used in the present invention are modified with acylated ester bonds such as acetyl groups, but by containing (A) fine particles with UV-shielding properties and (B) a stabilizer that reacts with or captures polymer radicals, it is possible to suppress the hydrolysis of acyl groups that is accelerated by long-term exposure to light, and it is believed that deterioration of the surface properties of the resin composite (whitening, which appears white due to light scattering) caused by acids derived from acylation generated by hydrolysis is suppressed.
  • acylated ester bonds such as acetyl groups
  • the present invention is effective for resins having poor resistance to acids, particularly to carboxylic acids derived from cellulose having an acyl group, and examples of resins that can be used include the following thermoplastic resins.
  • thermoplastic resins polyolefin resins, polyamide resins, polyvinyl chloride, polystyrene, polyvinylidene chloride, (meth)acrylic resins, polyesters, polylactic acid, copolymer resins of lactic acid and esters, polyglycolic acid, polycarbonates, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS resins), polycarbonate-ABS alloys, polyphenylene oxide, polyurethanes, polyacetals, polysulfone resins, etc.
  • ABS resins acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers
  • ABS resins acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers
  • polyphenylene oxide polyurethanes
  • polyacetals polysulfone resins, etc.
  • polypropylene PP
  • polyethylene PE
  • HDPE high density polyethylene
  • MDPE low density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • copolymers of ethylene and propylene, etc. can be preferably used.
  • Polyisobutylene, polyisoprene, polybutadiene, etc. can also be preferably used.
  • polymers or copolymers of diols and aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid or valeric acid (e.g., polybutylene succinate (PBS)), polyhydroxyalkanoates derived from microorganisms (e.g., copolymers of 3-hydroxybutyrate and 3-hydroxyhexanoate (PHBH)), homopolymers or copolymers of hydroxycarboxylic acids such as glycolic acid or lactic acid (e.g., polylactic acid, poly- ⁇ -caprolactone (PCL), etc.), and copolymers of diols, aliphatic dicarboxylic acids, and the above-mentioned hydroxycarboxylic acids can be preferably used.
  • PBS polybutylene succinate
  • PHBH 3-hydroxybutyrate and 3-hydroxyhexanoate
  • PCL poly- ⁇ -caprolactone
  • polymers of diols such as ethylene glycol, propylene glycol, and 1,4-butanediol with aromatic dicarboxylic acids such as terephthalic acid can be preferably used.
  • polyethylene terephthalate (PET), polypropylene terephthalate (PPT), polybutylene terephthalate (PBT), etc. can be preferably used.
  • polyacetal also called polyoxymethylene, POM
  • POM polyoxymethylene
  • PC polycarbonate
  • a reaction product of bisphenol A or its derivatives, i.e., bisphenols, with phosgene or phenyl dicarbonate can be preferably used.
  • PS polystyrene
  • GPPS general-purpose PS
  • HIPS acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • ABS resin acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer
  • PC-ABS alloys are suitable for use because of their excellent impact resistance, weather resistance, and moldability.
  • m-PPE blends of PPE and PS (PPE-PS blends) are also suitable for use because they are highly heat resistant and lightweight.
  • thermoplastic resins examples include polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, (meth)acrylic resins, (thermoplastic) polyurethanes, vinyl ether resins, polysulfone resins, copolymers of polystyrene and acrylonitrile (AS resins), biodegradable resins other than those mentioned above, such as PHA, PBSA, and PBAT, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyamideimide, polyetherimide, polyetherketone, polyimide, liquid crystal polymers, and the like.
  • thermoplastic resins may be used alone or in a blend of two or more types, or may be copolymers of the respective thermoplastic resins.
  • copolymers there are no particular limitations on the copolymers, and polyethylene, polypropylene, polybutene, etc. may be used. They may also be used in combination with the elastomers described below.
  • the following materials can be used as elastomers.
  • natural rubber chloroprene rubber, ethylene-propylene-non-conjugated diene copolymer rubber, ethylene-butene-1 copolymer rubber, ethylene-hexene copolymer rubber, ethylene-octene copolymer rubber, polybutadiene, styrene-butadiene block copolymer rubber, styrene-butadiene copolymer rubber, partially hydrogenated styrene-butadiene-styrene block copolymer rubber, styrene-isoprene block copolymer rubber, partially hydrogenated styrene-isoprene block copolymer rubber, polyurethane rubber, styrene graft-ethylene-propylene
  • the elastomers include styrene-non-conjugated diene copolymer rubber,
  • the content of the resin (preferably a thermoplastic resin) in the resin composite is preferably 20 to 99 parts by mass, more preferably 40 to 97 parts by mass, and even more preferably 60 to 95 parts by mass, per 100 parts by mass of the combined total of the fine cellulose fibers having acyl groups and the resin (preferably a thermoplastic resin).
  • a compatibilizing resin may be added together with the cellulose fiber and the thermoplastic resin.
  • the compatibilizing resin acts to improve the uniform mixing and adhesion between the cellulose fiber and the thermoplastic resin.
  • MAPP maleic anhydride-modified polypropylene
  • MAE maleic anhydride-modified polyethylene
  • the amount of the compatibilizing resin having the above characteristics added is preferably 5 to 100% by mass, and more preferably 10 to 50% by mass, based on the amount of cellulose excluding acyl groups in the fine cellulose fibers having acyl groups. If the amount added is 100% by mass or less, self-aggregation of the compatibilizing resins is suppressed, and tensile elongation tends to be further improved.
  • the compatibilizing resin may be used alone or as a mixture of two or more types.
  • the base resin that constitutes the graft material is not particularly limited, but polyethylene, polypropylene, polybutene, etc. can be used from the viewpoint of ease of manufacturing the graft material.
  • the cellulose fiber may be used in combination with a filler other than the cellulose fiber, such as a mineral filler such as talc or glass beads, or a fiber filler such as whiskers, glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, carbon nanotube, etc.
  • a filler other than the cellulose fiber such as a mineral filler such as talc or glass beads, or a fiber filler such as whiskers, glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, carbon nanotube, etc.
  • the content is not particularly limited as long as it is within a range that does not impair the effects of the present invention, but for example, 0.01 to 10 mass% based on the total mass of the resin composite is preferable.
  • the resin composite of the present invention may contain other antioxidants other than phenol-based ones from the viewpoint of preventing deterioration of the resin and cellulose fibers having acyl groups during heating and kneading as described below.
  • other antioxidants include, but are not limited to, phosphorus-based antioxidants and sulfur-based antioxidants.
  • the other antioxidants may be used alone or in combination of two or more kinds.
  • the other antioxidants may be used in multiple batches in the production process of the resin composite.
  • the amount of antioxidant added is preferably about 0.01 to 10 parts by mass, and more preferably 1.0 to 3.0 parts by mass, per 100 parts by mass of cellulose excluding acyl groups in the fine cellulose fibers having acyl groups.
  • a low molecular weight swelling agent that imparts a primary amine such as urea, biuret, or triuret may be added in order to improve the strength of the resulting resin composite.
  • Urea is decomposed into ammonia and isocyanic acid when the temperature exceeds 135° C., but by kneading urea simultaneously with cellulose fibers, it is believed that the unmodified hydroxyl groups newly appearing from the inside of the cellulose fibers by kneading react with the generated isocyanic acid to promote the formation of urethane bonds, and it is presumed that the hydrophobicity is increased compared to cellulose fibers that are not treated with urea.
  • the amount of urea added is preferably 10 to 100 parts by mass, more preferably 15 to 80 parts by mass, and even more preferably 20 to 70 parts by mass, per 100 parts by mass of cellulose excluding acyl groups, of the cellulose fibers having acyl groups, in order to prevent the fibers from agglomerating and reducing strength due to the use of too much urea.
  • urea When urea is included as a material for the resin composite, the ammonia generated by the decomposition of urea during melt kneading dissolves in water, resulting in the inclusion of alkaline water.
  • alkaline material When an alkaline material is included as a material for the resin composite, it is believed that this alkaline material easily releases acylated ester bonds such as acetyl groups, generating acid and causing whitening of the resin; however, in the present invention, since the fine particles (A) and the stabilizer (B) are included, whitening of the resin composite is believed to be suppressed.
  • the resin composite of the present invention may contain an ultraviolet absorber as needed.
  • ultraviolet absorbers include benzophenone-based compounds, benzotriazole-based compounds, and benzoate-based compounds.
  • the content of the ultraviolet absorber may be 0.1 to 10 parts by mass relative to the total mass of the resin composite.
  • the resin composite of the present invention may contain any additive other than the above-mentioned components as necessary.
  • the optional additive include low molecular weight compatibilizers, surfactants, starches, polysaccharides such as alginic acid, natural proteins such as gelatin, glue, and casein, inorganic compounds such as tannins, zeolites, ceramics, and metal powders, viscosity adjusters, colorants, plasticizers, pigments (excluding (A) fine particles having ultraviolet shielding ability), dyes, antistatic agents, flame retardants, and nucleating agents.
  • the content ratio of the optional additive is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, but is preferably 0.01 to 10 mass% in the resin composite.
  • the resin composite of the present invention can be obtained, for example, by heating and kneading the above-mentioned resin (preferably a thermoplastic resin), cellulose fibers having acyl groups, (A) fine particles having ultraviolet shielding ability, (B) a stabilizer, and other components used as necessary.
  • the blending ratio of the thermoplastic resin and the cellulose fibers having acyl groups can be manufactured at a mass ratio in the resin composite of 99:1 to 20:80 (thermoplastic resin: cellulose fibers having acyl groups), but in the present invention, it is preferable to promote nanoization of the cellulose fibers having acyl groups during this heating and kneading.
  • the blending ratio of the thermoplastic resin and the cellulose fibers having acyl groups is preferably 97:3 to 40:60 (thermoplastic resin: cellulose fibers having acyl groups) in the resin composite, and more preferably 95:5 to 60:40 (thermoplastic resin: cellulose fibers having acyl groups), and a resin composite excellent in defibration property, tensile elongation, and weather resistance can be obtained.
  • a single-shaft or multi-shaft kneader can be used, but a multi-shaft kneader that reliably promotes defibration is preferable, and a twin-shaft kneader, for which various studies are currently underway, is preferable.
  • the heating temperature during kneading in the present invention can be adjusted to match the melting point of the thermoplastic resin used.
  • the heating temperature is preferably about ⁇ 10°C of the minimum processing temperature recommended by the thermoplastic resin supplier. By setting the heating temperature within this temperature range, the thermoplastic resin, cellulose fiber, and other components can be mixed uniformly.
  • the heating and kneading time of the present invention can be adjusted within the range recommended by the kneading machine manufacturer, taking into consideration the production volume, and the operating conditions such as the performance of the equipment and the rotation speed.
  • a shorter heating time is preferable because it can prevent deterioration due to heat and oxidation during heating and kneading, but if the heating time is too short, there is a possibility that defibration and dispersion in the resin will be insufficient.
  • a structure that strengthens kneading such as a rotor or kneader, in the screw piece, and in particular, using rotors in multiple places is even more preferable as it makes it possible to promote nano-defibration.
  • thermoplastic resin acylated cellulose fibers
  • A fine particles having ultraviolet shielding ability
  • B stabilizer
  • other components used as necessary may be fed to the kneader in their entirety at once or in multiple batches.
  • a side feeder or the like may be used.
  • the acylated cellulose fiber used in the present invention may be dry-ground, wet-ground in a water-containing state before grinding, or water-containing after dry grinding. It is also possible to mix the thermoplastic resin and the cellulose fiber before heating and kneading them. For example, the dry acylated cellulose fiber and the thermoplastic resin may be mixed and the resulting mixture may be fed to the kneader. Alternatively, the dried acylated cellulose fiber and the powdered or granular thermoplastic resin may be dispersed in a dispersion liquid in which they are not soluble, mixed, and then dried and fed to the kneader.
  • Examples of the mixing means in this case include a bench roll, a Banbury mixer, a kneader, a planetary mixer, a Loedige mixer, a Henschel mixer, a stirrer with stirring blades, or a revolution or rotation type stirrer. It is also possible to add other components when mixing the acylated cellulose fiber and the powdered or granular thermoplastic resin before heating and kneading.
  • the resin composite of the present invention may be in the form of, for example, pellets, flakes, or powder.
  • the resin composite of the present invention can be used by processing it into various shapes such as a sheet, plate, film, or three-dimensional structure.
  • Methods for molding into various shapes include injection molding, mold molding, extrusion molding, blow molding, vacuum/compressed air molding, and molding using a 3D printer. It is also possible to carry out molding involving physical and chemical foaming.
  • DS (C) / (D)
  • ⁇ E * ab [( ⁇ L * ) 2+ ( ⁇ a * ) 2+ ( ⁇ b * ) 2 ] (1/2)
  • the accelerated weather resistance of the test pieces was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1.
  • C After 300 hours, the color difference ⁇ E * ab before and after the test is 3.0 or more and less than 6.0.
  • D After 300 hours, the color difference ⁇ E * ab before and after the test is 6.0 or more.
  • Example 1 (Preparation of acetylated cellulose fibers) 8.0 kg of water-containing softwood unbleached kraft pulp (NUKP) (solid content 4.0 kg) was put into a mixer ("FM150L” manufactured by Nippon Coke & Engineering Co., Ltd.), and then stirring was started and dehydration was performed under reduced pressure at 50°C. Next, 4.0 kg of acetic anhydride was added and reacted at 80°C for 2 hours. After the reaction, the mixture was washed with water to obtain acetylated cellulose fiber (Ac-NUKP) as a cellulose fiber having an acyl group. The acetylated cellulose fiber was then put into a dryer and dried under reduced pressure at 60 to 70°C. The moisture content of the obtained acetylated cellulose fiber was measured with an infrared moisture meter. The moisture content was 2.3% by mass. The acetylated cellulose fiber had an acetyl group substitution degree (DS) of 0.7.
  • the resulting mixture was put into a kneader using a feeder attached to a twin-screw kneader (manufactured by Technovel Co., Ltd.: screw diameter ⁇ 15 mm, L/D45 (L/D is the ratio of the screw length (L) to the screw diameter (D)), three rotors are used in the screw configuration), and kneaded at a setting of 180 ° C. to produce a master batch (hereinafter also referred to as "MB") containing fine cellulose fiber having an acetyl group derived from the acetylated cellulose fiber, urea, MAPP, and a hindered phenol-based antioxidant.
  • MB master batch
  • pellet-shaped resin composite containing fine cellulose fibers having acetyl groups derived from acetylated cellulose fibers, urea, MAPP, a base resin, HALS, a hindered phenol-based antioxidant, a phosphorus-based antioxidant, and fine particles having ultraviolet shielding ability.
  • Example 1 The resin composite was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of HALS was changed to 0.15 parts by mass, and the amount of carbon black preparation was changed to 0.1 parts by mass in terms of carbon black.
  • Comparative Example 2 The resin composite was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the carbon black preparation was changed to 0.1 parts by mass in terms of carbon black.
  • Example 3 A resin composite was produced in the same manner as in Example 1, except that HALS, hindered phenol-based antioxidant, phosphorus-based antioxidant, and carbon black were not blended in the production of the resin composite.
  • the cellulose resin composite of Example 1 which is a resin composite containing fine cellulose fibers having acyl groups and a thermoplastic resin, includes (A) fine particles having ultraviolet shielding ability and (B) a stabilizer that reacts with or captures polymer radicals, and contains 0.5 parts by mass or more of the fine particles of (A) per 10 parts by mass of cellulose excluding acyl groups among the fine cellulose fibers having acyl groups, is not only excellent in defibration and tensile elongation, but also has suppressed whitening and excellent weather resistance.
  • Example 1 with Comparative Example 2
  • the whitening suppression is significantly improved by adjusting the content of the fine particles having ultraviolet shielding ability (A).
  • Comparative Example 1 with Comparative Example 2 it can be seen that even if the amount of HALS, hindered phenol-based antioxidant, and phosphorus-based antioxidant is increased, no significant improvement in weather resistance is observed.

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Abstract

(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子と、(B)ポリマーラジカルと反応、又はポリマーラジカルを捕捉する安定化剤とを含み、前記アシル基を有する微細セルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース10質量部に対して、前記(A)の微粒子を0.5質量部以上含む。

Description

樹脂複合物
 本発明は、アシル化微細セルロース繊維を含有する樹脂複合物に関するものである。
 セルロースナノファイバーは、1000nm以下のナノレベルの繊維径を持つ繊維であり、軽量で、且つ、高い強度および弾性率を有し、低い線熱膨張係数を有することから、樹脂複合物の補強材料として好適に使用されている。
 セルロース原料を化学変性して得られた変性セルロース繊維と樹脂を、混練機のせん断力により樹脂と複合化しながら変性セルロース繊維を解繊することにより、セルロースナノファイバーを含む樹脂複合物を得る方法が知られている(特許文献1参照)。この方法は、混練しながら解繊も行うことができるため、変性セルロースを解繊してから樹脂と混練する方法と比較して、製造コストを抑えることができる利点がある。
 疎水性の樹脂と複合化するためには、変性セルロース繊維についても疎水性が高い方が樹脂との混和性が増し、得られる樹脂複合物の強度が高まるため、変性セルロース繊維としてアセチル化セルロース繊維を用いることが行われている(特許文献1参照)。
特開2017-171713号公報
 しかしながら、変性セルロース繊維としてアセチル化セルロース繊維を用いて得られる樹脂複合物は、耐候性に劣るものであり、白化現象が生じる問題があった。このような白化現象は、樹脂複合物が、水分の存在下で長期間、光に暴露されることによりアセチル基の加水分解が促進され酸が発生し、発生した酸により樹脂複合物の表面性状が悪化して、光が散乱した結果、白く見える現象であると考えられる。したがって、耐候性に優れる樹脂複合物、並びに、解繊性、引張伸び及び耐候性に優れる樹脂複合物が求められていた。
 本発明の目的は、耐候性に優れたアシル基を有する微細セルロース繊維(以下、「アシル化微細セルロース繊維」ともいう。)を含有する樹脂複合物を提供することである。また、ある実施形態における目的は、解繊性、引張伸び及び耐候性に優れたアシル化微細セルロース繊維を含有する樹脂複合物を提供することである。
 本発明は、以下を提供する。
(1) アシル基を有する微細セルロース繊維及び熱可塑性樹脂を含有する樹脂複合物において、(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子と、(B)ポリマーラジカルと反応、又はポリマーラジカルを捕捉する安定化剤とを含み、前記アシル基を有する微細セルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース10質量部に対して、前記(A)の微粒子を0.5質量部以上含むことを特徴とする、セルロース樹脂複合物。
(2) 前記(A)の微粒子が、カーボンブラック、酸化チタン、および炭酸カルシウムから選ばれた少なくとも1種の顔料であることを特徴とする、(1)記載の樹脂複合物。
(3) 前記(B)の安定化剤は、ヒンダードアミン系光安定化剤及びヒンダードフェノール系酸化防止剤を含むことを特徴とする、(1)または(2)記載の樹脂複合物。
(4) 前記アシル基を有する微細セルロース繊維が、アセチル化微細セルロース繊維であることを特徴とする、(1)または(2)記載の樹脂複合物。
(5) 前記アシル基を有する微細セルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース10質量部に対して、前記(B)の安定化剤を0.1質量部以下含む、(1)または(2)記載の樹脂複合物。
 本発明のある実施形態によれば、耐候性に優れたアシル化微細セルロース繊維を含有する樹脂複合物を提供することができる。また、本発明のある実施形態によれば、解繊性、引張伸び、及び耐候性に優れたアシル化微細セルロース繊維を含有する樹脂複合物を提供することができる。
 本発明において「~」は端値を含む。すなわち「X~Y」はその両端の値XおよびYを含む。
 本発明において、樹脂複合物に含有される各成分の量は、樹脂複合物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合は、特に断らない限り、樹脂複合物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
 <<樹脂複合物>>
 本発明の樹脂複合物は、アシル基を有する微細セルロース繊維及び熱可塑性樹脂を含有する樹脂複合物であって、(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子と、(B)ポリマーラジカルと反応、又はポリマーラジカルを捕捉する安定化剤とを含み、前記アシル基を有する微細セルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース10質量部に対して、前記(A)の微粒子を0.5質量部以上含む。
 <アシル基を有する微細セルロース繊維>
 本発明の樹脂複合物が含むアシル基を有する微細セルロース繊維は、例えば、セルロース原料に対してアシル基を導入(アシル化)してアシル基を有するセルロース繊維を製造し、少なくとも一部をナノ化することで製造することができる。
 アシル基を有する微細セルロース繊維は、繊維径が1000nm以下である繊維(以下、「ナノ繊維」ともいう。)を少なくとも含む。また、アシル基を有する微細セルロース繊維は、繊維径が1000nmを超える繊維(以下、「マイクロ繊維」ともいう。)を含んでいても良い。
 一般にnmオーダーの観察には、走査型プローブ顕微鏡や電子顕微鏡が用いられる。これらの装置の観察を行う場合、対象物がむき出しで露出している必要があるが、本願においてセルロース繊維の解繊は樹脂中で行われるため、樹脂複合物中のセルロース繊維の解繊具合の観察を行う場合、一度樹脂を溶媒で溶かす必要がある。しかしながら一度溶媒で溶かしたナノレベルの繊維を観察するためにはその溶媒を除去する必要があるが、ろ過を行うと繊維が微細なため系外に流出し、そのすべてを観察することができない。またろ過以外の方法として溶媒を乾燥させる方法があるが、乾燥によりセルロース繊維が再凝集し解繊の効果を正しく判断することができない、という課題がある。また上記の装置は視野が狭く、ナノレベルとマイクロレベルの繊維を同時に観察することが難しく、解繊性の評価が難しかった。
 そこで本発明では、樹脂複合物中の繊維の解繊程度を評価するにあたり、マイクロレベルからナノレベルに渡る繊維の状況を広い視野の中で評価するため、光学顕微鏡を使用して行った。光学顕微鏡において、一般に標本の細部を正しく見分けることができるかは、顕微鏡の分解能と開口数によって定めることができ、以下の式(レイリーの分解能)が知られている。
δ=kλ/NA
(δ:分解能、k:係数、λ:光の波長、NA:顕微鏡対物レンズの開口数)
 繊維径が1000nm以下であるかを判別する方法として、本願では以下の方法で実施した。すなわち、kを一般的に使用される値(0.61)とし、光の波長(550nm)を採用すると、理論的には顕微鏡対物レンズの開口数が0.33以上のレンズを使用することで2点の間隔が1000nmの分解が可能となるが、実際の観測では、開口数による分解能付近や1000nm以下の物体であっても繊維が存在する箇所については何も繊維が存在しない背景部がクリアな状態で表現されることと比較して、焦点はあっていないが何かが存在する「モヤ」として表現される。本願では、樹脂複合物の熱プレスフィルムを作製してこれを光学顕微鏡の広い視野(数μm×数μm)で観察し、未解繊繊維の存在に関わらず、その背景部の大部分がモヤとなっていることをもって、1000nm以下の繊維が存在していることの証左とした。
 樹脂複合物におけるアシル基を有する微細セルロース繊維の含有量は、アシル基を有する微細セルロース繊維及び樹脂(好ましくは熱可塑性樹脂)の合計100質量部に対して、1質量部~80質量部が好ましく、3質量部~60質量部がより好ましく、5質量部~40質量部がさらに好ましい。
 (セルロース原料)
 本発明において、セルロース原料とは、セルロースを主体とした様々な形態の材料をいう。セルロース原料としては、例えば針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)、または針葉樹未晒クラフトパルプ(NUKP)などの木質系バージンパルプや、古紙から再生した古紙パルプなどのパルプを用いることができ、好ましい。また上記以外にも、パルプとして、針葉樹や広葉樹に由来する木材パルプや非木材の植物由来のパルプを使用することが可能である。非木材の植物由来のパルプとして、ワラパルプ、バガスパルプ、ヨシパルプ、ケナフパルプ、リネンパルプ、ラミーパルプ、ヘンプパルプ、フラックスパルプ、竹パルプ等が挙げられる。また本発明では、パルプは、リグニン及び/又はリグノセルロースを含んでいてもよく、含まなくてもよい。また、製造過程において、パルプに対してリグニンを除去する処理や、リグノセルロース繊維に対してリグニンを除去する処理を行ってもよい。またリグニンを元々含まない植物由来の繊維を用いることもできる。さらに、例えば、溶解パルプ、サルファイトパルプ、クラフトパルプ、セミケミカルパルプ、ケミグランドパルプ、リファイナーグランドパルプ、サーモメカニカルパルプ、砕木パルプ、リファイナーグランドパルプ、サーモメカニカルパルプ、ファイバーボード用パルプを用いてもよい。
 これらパルプは要求される品質に合わせて、種類及び配合割合を調整・変更することができる。また、要求される品質及び操業の安定のために様々な薬品を添加(内添)してもよい。このような薬品としては、柔軟剤、嵩高剤、染料、分散剤、湿潤紙力増強剤、乾燥紙力剤、濾水向上剤、ピッチコントロール剤、歩留向上剤などが挙げられる。またこれらのパルプに漂白を行ってもよく、損紙や工程リサイクルを経たパルプを用いることもできる。
 (アシル化)
 アシル基を有するセルロース繊維(「アシル化セルロース繊維」ともいう。)としては、セルロース表面に存在する水酸基が低級アシル基で置換されていることが好ましい。なお、上記「低級」は「炭素数が1~5である」ことを示す。アシル基(R-CO-)で、「低級アシル基」と言う場合、そのRは炭素数が1~5のアルキル基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基(ピバル基)、ペンチル基等の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基である。
 本発明に用いることができるアシル化セルロース繊維は、セルロース及びヘミセルロースの少なくとも一種(リグノセルロースが含まれる)中に存在する水酸基(即ち、糖鎖の水酸基)が、飽和脂肪酸、不飽和カルボン酸、モノ不飽和脂肪酸、ジ不飽和脂肪酸、トリ不飽和脂肪酸、テトラ不飽和脂肪酸、ペンタ不飽和脂肪酸、ヘキサ不飽和脂肪酸、芳香族カルボン酸、ジカルボン酸、アミノ酸、下記一般式1に示されるマレイミド化合物及び下記一般式2に示されるフタルイミド化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種のカルボン酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基によって置換されていることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 一般式1中、nは1~6の整数を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 一般式2中、nは1~6の整数を表す。
 本発明においては、アシル化セルロース繊維として、セルロースの糖鎖の水酸基が、上記カルボン酸のカルボキシ基から水酸基を除いた残基(アシル基(アルカノイル基))でアシル化されていることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸、ヘキサン酸(カプロン酸)、ヘプタン酸(エナント酸)、オクタン酸(カプリル酸)、ペラルゴン酸、デカン酸(カプリン酸)、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、ノナデシル酸及びアラキジン酸からなる群から選ばれる少なくとも一種の飽和脂肪酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。また、アシル化セルロース繊維のアシル基は、フェノキシ酢酸、3-フェノキシプロピオン酸、4-フェノキシ酪酸及び5-フェノキシ吉草酸からなる群から選ばれる少なくとも一種の芳香族置換飽和脂肪酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、アクリル酸及びメタクリル酸からなる群から選ばれる少なくとも一種の不飽和カルボン酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、クロトン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸及びリシノール酸からなる群から選ばれる少なくとも一種のモノ不飽和脂肪酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、ソルビン酸、リノール酸及びエイコサジエン酸からなる群から選ばれる少なくとも一種のジ不飽和脂肪酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、リノレン酸、ピノレン酸及びエレオステアリン酸からなる群から選ばれる少なくとも一種のトリ不飽和脂肪酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、ステアリドン酸及びアラキドン酸からなる群から選ばれる少なくとも一種のテトラ不飽和脂肪酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、ボセオペンタエン酸及びエイコサペンタエン酸からなる群から選ばれる少なくとも一種のペンタ不飽和脂肪酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、ドコサヘキサエン酸及びニシン酸からなる群から選ばれる少なくとも一種のヘキサ不飽和脂肪酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、没食子酸(3,4,5-トリヒドロキシベンゼンカルボン酸)及びケイ皮酸(3-フェニルプロパ-2-エン酸)からなる群から選ばれる少なくとも一種の芳香族カルボン酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フマル酸及びマレイン酸からなる群から選ばれる少なくとも一種のジカルボン酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、グリシン、β-アラニン及びε-アミノカプロン酸(6-アミノヘキサン酸)からなる群から選ばれる少なくとも一種のアミノ酸のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 アシル化セルロース繊維のアシル基は、マレイミド化合物及びフタルイミド化合物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物のカルボキシ基から水素原子を除去した残基であることが好ましい。
 上記の中でも、アシル化セルロース繊維としては、製造の容易さ、製造コストの観点から、アシル基がアセチル基(CH-CO-)であるアセチル化セルロース繊維が好ましい。また、アセチル化セルロース繊維のアセチル基置換度(DS)は、樹脂複合物となったときの強度発現の観点から、好ましくは0.4~1.3、より好ましくは0.6~1.1である。
 アシル化反応は、セルロース原料を膨潤させることのできる無水非プロトン性極性溶媒、例えばN-メチルピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)中に原料を懸濁し、上記カルボン酸の無水物又は酸塩化物で、塩基の存在下で行うと短時間で反応を行うことが可能となるが、撹拌しながら反応を行うことなどにより塩基無しの条件及び非プロトン性極性溶媒無しの条件で反応を行うことも可能である。このアシル化反応で用いる塩基としては、ピリジン、N,N-ジメチルアニリン、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム等が好ましく、炭酸カリウムがより好ましい。
 アシル化反応は、例えば、室温~100℃で撹拌しながら行うことが好ましい。
 (洗浄)
 アシル化して得られたアシル化セルロース繊維は、変性処理後に、水などを用いた洗浄処理を行うことが好ましい。
 (脱水)
 洗浄処理においては必要に応じて脱水を行ってもよい。脱水は例えば、遠心分離法による脱水が挙げられる。脱水は、溶媒中の固形分が25~50%程度になるまで行うことが好ましい。
 (乾燥)
 本発明に用いるアシル基を有するセルロース繊維は、マスターバッチを製造する混練工程に用いる際に、乾燥させた状態で用いてもよいし、湿潤状態で用いてもよい。乾燥させた状態で用いる場合において、乾燥は、例えば、送風乾燥機や真空乾燥機を用いて行うことができる。また、乾燥は、例えば、アシル基を有するセルロース繊維の含水率が1~5%程度になるまで行うことができる。
 なお、樹脂複合物の材料としてアシル基を有するセルロース繊維を含む場合は、長期間屋外等での使用や保管等による光や水の暴露によって、アセチル基などのアシル化したエステル結合が容易に外れて酸が発生し、樹脂の白化を引き起こすと考えられるが、本発明においては、以下の(A)の微粒子および(B)の安定化剤が含まれるため、樹脂複合物の白化が抑制されると考えられる。
 (ナノ化)
 アシル化セルロース繊維のナノ化は、他の原料と混合するなどの方法により行うことができる。アシル化セルロース繊維のナノ化方法の詳細は後述のとおりである。
 <(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子>
 本発明の樹脂複合物に用いられる(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子としては、紫外線を吸収、又は反射する微粒子であれば特に限定されないが、例えば、カーボンブラック、酸化チタン、炭酸カルシウムから選ばれた少なくとも1種の顔料であることが好ましく、紫外線の遮蔽能力の観点からカーボンブラックを用いることがより好ましい。また、上記微粒子の平均粒子径は、紫外線の遮蔽能力の観点から、および添加による樹脂複合物の強度物性の観点から、3~500nmが好ましく、10~100nmがより好ましい。
 本発明の樹脂複合物は、紫外線の遮蔽能力の観点から、アシル基を有する微細セルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース10質量部に対して、(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子を0.5質量部以上含むものであり、0.5~10.0質量部含むことが好ましく、0.7~3.0質量部含むことがより好ましい。また後述する安定化剤や酸化防止剤より多い配合量であることが好ましい。
 本発明の樹脂複合物は、(A)の微粒子を上記の範囲で含むことにより、樹脂複合物の光に対する劣化を抑制することができる。その結果、樹脂複合物の表面性状が悪化して光が散乱することにより白く見える白化現象を抑制することができる。
 <(B)安定化剤>
 本発明の樹脂複合物に用いられる(B)安定化剤は、ポリマーラジカルと反応する安定化剤であるか、もしくは、ポリマーラジカルを捕捉する安定化剤である。このような安定化剤としては、特に限定されないが、例えば、ヒンダードアミン系光安定化剤(HALS)、フェノール系酸化防止剤(ヒンダードフェノール系酸化防止剤を含む)等が挙げられる。これらの中でも、(B)安定化剤としては、熱可塑性樹脂中の保存性、オレフィン樹脂との相溶性や保留性の観点から、ヒンダードアミン系光安定化剤(HALS)及びヒンダードフェノール系酸化防止剤を含むことが好ましい。
 本発明の樹脂複合物における(B)安定化剤の配合量は、過剰添加による析出や強度低下防止の観点及び白化現象抑制の観点から、アシル基を有する微細セルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース10質量部に対して、(B)安定化剤を10質量部以下含むことが好ましく、1質量部以下含むことがより好ましく、0.1質量部以下含むことがさらに好ましい。また、熱可塑性樹脂中の保存性、オレフィン樹脂との相溶性や保留性の観点から、0.001質量部以上含むことが好ましく、0.01質量部以上含むことがより好ましい。すなわち、(B)安定化剤を0.001~10質量部含むことが好ましく、0.01~1質量部含むことがより好ましく、0.01~0.1質量部含むことがさらに好ましい。
 (推定作用機序)
 ヒンダードアミン系光安定化剤(HALS)を用いる場合、(B)安定化剤の含有量を上記の上限値以下とすることで、溶融混練や成形時の熱およびせん断応力、あるいは長時間保管時の光などによりアシル化したセルロース繊維から外れた酸やアシル基を有するセルロース繊維を製造した後に残留している酸とヒンダードアミン系光安定化剤(HALS)との反応を抑制し、結果として表面への析出や強度低下防止、及び白化現象抑制に寄与するものと発明者は推測している。
 また、樹脂複合物の材料として尿素を含む場合は、溶融混練する際に尿素が分解して発生するアンモニアが水に溶けることでアルカリ水が含まれる。樹脂複合物の材料としてアルカリ性の材料が含まれると、このアルカリ性材料によりアセチル基などのアシル化したエステル結合が容易に外れて酸が発生し、樹脂の白化を引き起こすと考えられるが、本発明においては、(A)の微粒子および(B)の安定化剤が含まれるため、樹脂複合物の白化が抑制されると考えられる。
 本発明に使用するセルロース繊維は、アセチル基などのアシル化したエステル結合による変性がなされているが、(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子と、(B)ポリマーラジカルと反応、又はポリマーラジカルを捕捉する安定化剤とを含むことで、長期間に渡る光の暴露により促進されるアシル基の加水分解を抑制することが可能であり、加水分解で発生するアシル化由来の酸による樹脂複合物の表面性状劣化(光が散乱して白く見える白化)が抑制されると考えられる。
 <熱可塑性樹脂>
 本発明は、酸、特にアシル基を有するセルロースに由来するカルボン酸に対して耐性の劣る樹脂に有効であり、使用できる樹脂として、以下の熱可塑性樹脂を挙げることができる。
 熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、(メタ)アクリル系樹脂、ポリエステル、ポリ乳酸、乳酸とエステルとの共重合樹脂、ポリグリコール酸、ポリカーボネート、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリカーボネート-ABSアロイ、ポリフェニレンオキシド、ポリウレタン、ポリアセタール、ポリスルホン系樹脂、等を使用することができる。
 ポリオレフィンとしては、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE、(HDPE、MDPE、LDPE))、エチレンとプロピレンとの共重合体等を好ましく用いることができる。また、ポリイソブチレン、ポリイソプレン、ポリブタジエン等も好ましく使用することができる。
 脂肪族ポリエステルとして、ジオール類と、コハク酸、吉草酸等の脂肪族ジカルボン酸との重合体又は共重合体(例えば、ポリブチレンサクシネート(PBS))、または,微生物生由来などのポリヒドロキシアルアノエート(例えば,3ヒドロキシブチレートと3ヒドロキシヘキサノエートとの共重合体(PHBH)),グリコール酸又は乳酸等のヒドロキシカルボン酸の単独重合体又は共重合体(例えばポリ乳酸、ポリε-カプロラクトン(PCL)等)、並びにジオール類、脂肪族ジカルボン酸及び前記ヒドロキシカルボン酸の共重合体等を好ましく使用することができる。
 芳香族ポリエステルとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール等のジオール類とテレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸との重合体等を好ましく使用することができる。具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレンテレフタレート(PPT)、ポリブチレンテレフタラート(PBT)等を好ましく用いることができる。
 ポリアセタール(ポリオキシメチレンともいう、POM)としては、パラホルムアルデヒドの均一重合体に加えて、パラホルムアルデヒドとオキシエチレンとの共重合体も好ましく使用することができる。
 ポリカーボネート(PC)としては、ビスフェノールA又はその誘導体であるビスフェノール類と、ホスゲン又はフェニルジカーボネートとの反応物を好ましく使用することができる。
 ポリスチレン(PS)としては、汎用PS(GPPS)のほか、PSマトリックスにゴム成分を分散させて耐衝撃性を改良したPS(HIPS)や、スチレンの共重合体(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体、ABS樹脂)を好適に用いることができる。
 PC-ABSアロイは、耐衝撃性、耐候性及び成形加工性に優れている点で好適に用いることができる。また、m-PPEとして、PPEとPSとのブレンド品(PPE-PSブレンド品)は、耐熱性が高く、また軽量であることから、好適に用いることができる。
 また、上記以外の熱可塑性樹脂として、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、(メタ)アクリル系樹脂、(熱可塑性)ポリウレタン、ビニルエーテル樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリスチレンとアクリルニトリルの共重合体(AS樹脂)、PHA、PBSA、PBATなどの上記以外の生分解性を有する樹脂、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリイミド、液晶ポリマー、等を使用することもできる。
 これらの熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂単体または2種以上でブレンドして使用してもよく、それぞれの熱可塑性樹脂の共重合体としてもよい。またその際、共重合体のコポリマーに特に限定はなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等を使用してもよい。また以下に記載するエラストマーを併用して使用してもよい。
 本発明においてエラストマーとして、以下の材料を使用することができる。例えば天然ゴム、クロロプレンゴム、エチレン-プロピレン-非共役ジエン共重合ゴム、エチレン-ブテン-1共重合ゴム、エチレン-ヘキセン共重合ゴム、エチレン-オクテン共重合ゴム、ポリブタジエン、スチレン-ブタジエンブロック共重合ゴム、スチレン-ブタジエン共重合ゴム、部分水添スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合ゴム、スチレン-イソプレンブロック共重合ゴム、部分水添スチレン-イソプレンブロック共重合ゴム、ポリウレタンゴム、スチレングラフト-エチレン-プロピレン-非共役ジエン共重合ゴム、スチレン-グラフト-エチレン-プロピレン共重合ゴム、スチレン/アクリロニトリル-グラフト-エチレン-プロピレン-非共役ジエン共重合ゴム、スチレン/アクリロニトリル-グラフト-エチレン-プロピレン共重合ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、シリコンゴム、エチレン-酢酸ビニルゴム、エピクロルヒドリンゴム、多硫化ゴム、メタロセン触媒重合ポリエチレン、メタロセン触媒重合エチレン-プロピレン-非共役ジエン共重合ゴムなどが挙げられる。なお、これらのエラストマーは1種を単独で又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。またラテックスゴムといった液体で用いることができるゴムも利用できる。
 樹脂複合物における樹脂(好ましくは熱可塑性樹脂)の含有量は、アシル基を有する微細セルロース繊維及び樹脂(好ましくは熱可塑性樹脂)の合計100質量部に対して、20質量部~99質量部が好ましく、40質量部~97質量部がより好ましく、60質量部~95質量部がさらに好ましい。
 (相溶化樹脂)
 本発明においては、セルロース繊維と熱可塑性樹脂とともに、相溶化樹脂を添加してもよい。相溶化樹脂とは、セルロース繊維と熱可塑性樹脂との均一混合や密着性を高める働きをするものである。本発明に用いる相溶化樹脂としては、カルボン酸、マレイン酸、コハク酸、グルタル酸などの酸無水物を形成することが可能な低分子量のジカルボン酸を、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン鎖上に有する高分子樹脂や、1級アミン、2級アミン、アミドなどをポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン鎖上に有する高分子樹脂、シラノール基などをポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン鎖上に有する高分子樹脂などが知られているが、例えばポリオレフィン樹脂での使用の場合、セルロースの水酸基への相互作用が容易なマレイン酸を付加させた無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MAPP)や無水マレイン酸変性ポリエチレン(MAPE)を主成分とする樹脂などの使用が好ましい。
 上記の特徴を有する相溶化樹脂の添加量は、アシル基を有する微細セルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース量に対し5~100質量%が好ましく、10~50質量%がさらに好ましい。添加量が100質量%以下であると相溶化樹脂同士の自己凝集が抑制され、引張伸びが、より向上する傾向がある。
 また相溶化樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上の混合樹脂として用いてもよい。また1種または2種以上のポリマーとポリオレフィンとのグラフト体として使用の場合、グラフト体を構成するベース樹脂は特に限定されないが、グラフト体を製造しやすいという観点で、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等を使用することができる。
 (フィラー)
 本発明では、各種用途に応じて、タルク、ガラスビーズ、などの鉱物系フィラーやウィスカー、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、カーボンナノチューブ、などの繊維系フィラーなど、セルロース繊維以外のフィラーと併用して使用してもよい。含有割合としては、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、特に制限はないが、例えば、樹脂複合物の全質量に対して0.01~10質量%が好ましい。
 (その他の酸化防止剤)
 本発明の樹脂複合物は、後述する加熱混練時の樹脂やアシル基を有するセルロース繊維の劣化防止の観点からフェノール系以外のその他の酸化防止剤を含んでもよい。その他の酸化防止剤としては、特に限定されないが、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤等が挙げられる。その他の酸化防止剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を用いてもよい。また、樹脂複合物の製造工程において、複数回に分けて用いてもよい。
 その他の酸化防止剤を樹脂複合物に添加する場合の配合量としては、本発明の効果が損なわれない範囲であれば特に制限されないが、過剰な添加により強度低下が起こることから、アシル基を有する微細セルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース100質量部に対して、0.01~10質量部程度が好ましく、1.0~3.0質量部がより好ましい。
 (膨潤剤)
 本発明において、樹脂に上記の相溶化樹脂が含まれる場合は、得られる樹脂複合物の強度が向上する観点から、尿素、ビウレット、トリウレットなどの一級アミンを付与する低分子量の膨潤剤を添加してもよい。尿素は温度が135℃を超える状態でアンモニアとイソシアン酸に分解されるが、尿素をセルロース繊維と同時に混練することにより、混練によって新たにセルロース繊維内部から現れた未変性水酸基と発生したイソシアン酸とが反応しウレタン結合の生成を促すと考えられ、尿素処理を行わないセルロース繊維と比較して疎水性が高まることが推測される。さらに酸無水物を有する相溶化樹脂と同時に溶融混練することで、セルロース繊維の表面に尿素処理によって新たに導入されたアミノ基と相溶化樹脂が有するカルボン酸との相互作用を促し、より強固にセルロース繊維と相溶化樹脂との複合物を形成することが可能となっていると考えられる。
 膨潤剤として尿素を併用する場合の配合量は、尿素の配合量が多すぎるために繊維が凝集し、強度が低下することを抑制する観点から、アシル基を有するセルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース100質量部に対して、10~100質量部が好ましく、15~80質量部がより好ましく、20~70質量部がさらに好ましい。
 なお、樹脂複合物の材料として尿素を含む場合は、溶融混練する際に尿素が分解して発生するアンモニアが水に溶けることでアルカリ水が含まれる。樹脂複合物の材料としてアルカリ性の材料が含まれると、このアルカリ性材料によりアセチル基などのアシル化したエステル結合が容易に外れて酸が発生し、樹脂の白化を引き起こすと考えられるが、本発明においては、(A)の微粒子および(B)の安定化剤が含まれるため、樹脂複合物の白化が抑制されると考えられる。
 本発明の樹脂複合物は、必要に応じて、紫外線吸収剤を含んでいても良い。紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾエート系化合物が挙げられる。紫外線吸収剤の含有量は、樹脂複合物の全質量に対して、0.1質量部~10質量部とすることができる。
 (任意の添加剤)
 本発明の樹脂複合物は、必要に応じて、上述の成分以外の任意の添加剤を含有していてもよい。任意の添加剤としては、低分子量の相溶化剤、界面活性剤、でんぷん類、アルギン酸等の多糖類、ゼラチン、ニカワ、カゼイン等の天然たんぱく質、タンニン、ゼオライト、セラミックス、金属粉末等の無機化合物、粘度調整剤、着色剤、可塑剤、顔料((A)紫外線遮蔽能を有する微粒子を除く)、染料、帯電防止剤、難燃化剤、核剤等が挙げられる。任意の添加剤の含有割合としては、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、特に制限はないが、例えば、樹脂複合物中0.01~10質量%が好ましい。
 (樹脂複合物の製造方法)
 本発明の樹脂複合物は、例えば、上記の樹脂(好ましくは熱可塑性樹脂)、アシル基を有するセルロース繊維、(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子、(B)安定化剤および必要に応じて用いられる他の成分を加熱混練することにより得られる。熱可塑性樹脂とアシル基を有するセルロース繊維の配合比は、樹脂複合物中の質量比にて99:1~20:80(熱可塑性樹脂:アシル基を有するセルロース繊維)として製造することが可能であるが、本発明では、この加熱混練時にアシル基を有するセルロース繊維のナノ化を促すことが好ましい。セルロース繊維のナノ化が進むに従い、樹脂の流動性が変化し高セルロース濃度の混練が困難となる。また低セルロース濃度では強度発現効果が小さい。そのため、熱可塑性樹脂とアシル基を有するセルロース繊維の配合比は、樹脂複合物中の質量比にて97:3~40:60(熱可塑性樹脂:アシル基を有するセルロース繊維)が好ましく、95:5~60:40(熱可塑性樹脂:アシル基を有するセルロース繊維)がさらに好ましく、解繊性、引張伸び、及び耐候性に優れた樹脂複合物を得ることができる。
 混練によりアシル基を有するセルロース繊維のナノ化を促すための装置として、一軸又は多軸混練機を使用することができるが、確実に解繊を促す多軸混練機が好ましく、各種検討が進んでいる二軸混練機が好ましい。
 本発明における混練時の加熱温度は、使用する熱可塑性樹脂の融点に合わせて調整することができる。加熱温度として、熱可塑性樹脂供給業者が推奨する最低加工温度±10℃程度が好ましい。加熱温度をこの温度範囲に設定することにより、熱可塑性樹脂とセルロース繊維、さらにはその他の成分を均一に混合することができる。
 本発明の加熱混練時間は、製造量を勘案し、装置の性能及び回転速度等の運転条件を混練機メーカーの推奨する範囲内で調整することができる。加熱時間は短いほうが、加熱混練の際の熱及び酸化による劣化を防ぐことができるため好ましいが、加熱時間が短い場合、樹脂中の解繊や分散が不十分となる可能性がある。そこで加熱混練ではスクリューピースの中にローターやニーダーなどの混練を強める構成を含むことが好ましく、とくにローターを複数箇所使用することでナノ解繊を促すことが可能となりさらに好ましい。
 また、本発明においては、熱可塑性樹脂、アシル化セルロース繊維、(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子、(B)安定化剤および必要に応じて用いられる他の成分の全量を1度に混練機へ供給しても、複数回で混練機に供給してもよい。また複数回で供給する場合、サイドフィーダーなどを使用しても良い。
 樹脂複合物を得るために、混練機での処理回数は、特に制限がないが、複数回の処理の場合、同一材料を複数回混練してもよく、最初の処理でセルロース繊維量が30~80%の高濃度で製造し、回数を重ねる毎に熱可塑性樹脂、セルロース繊維、(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子、(B)安定化剤および必要に応じて用いられる他の成分を、最終的に獲得する樹脂複合物が本発明の範囲内になるように、添加しても良い。
 本発明に使用するアシル化セルロース繊維は、乾式粉砕したもの、粉砕前に含水状態として湿式粉砕を施したもの、乾式粉砕後に含水させたものの、いずれも使用することができる。また熱可塑性樹脂と、セルロース繊維の加熱混練に先立ち、予め、両者を混合しておくことも可能である。例えば、乾燥状態アシル化セルロース繊維と、熱可塑性樹脂とを混合し、得られた混合物を混練機に供給することもできる。あるいは、乾燥したアシル化セルロース繊維と粉状又は粒状の熱可塑性樹脂とを、これらが溶解しない分散液にそれぞれ分散してから混合し、乾燥させたものを混練機に供給することもできる。また、この場合の混合の手段として、ベンチロール、バンバリーミキサー、ニーダー、プラネタリーミキサー、レーディゲミキサー、ヘンシェル型ミキサー、攪拌羽付き撹拌機、又は、公転若しくは自転方式の攪拌機を使用する手段が挙げられる。さらに、加熱混練の前に、アシル化セルロース繊維と、粉状又は粒状の熱可塑性樹脂とを予め混合する時に他の成分を添加することも可能である。
 (形状)
 本発明の樹脂複合物の形状は、例えば、ペレット状、フレーク状、粉末状である。
 (用途)
 本発明の樹脂複合物は、シート状、板状、フィルム状、立体構造等の各種形状に加工して使用することができる。
 各種形状への成形方法としては、射出成形、金型成形、押出成形、ブロー成形、真空圧空成形、3Dプリンターによる成形等が挙げられる。また物理的、化学的に発泡を伴う成形を行うことも可能である。
 以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
 (アセチル基置換度(DS)の測定方法)
 (逆滴定方法によるDSの測定)
 アセチル化セルロース繊維の試料を乾燥し、0.50g(A)を正確に秤量した。そこにエタノール75mL、0.5NのNaOH 50mL(0.025mol)(B)を加え、3~4時間撹拌した。これを濾過、水洗、乾燥し、濾紙上の試料のFT-IR測定を行い、エステル結合のカルボニルに基づく吸収ピークが消失していること、つまりエステル結合が加水分解されていることを確認した。
 濾液を下記の逆滴定に用いた。
 濾液には加水分解の結果生じた酢酸ナトリウム塩及び過剰に加えられたNaOHが存在する。このNaOHの中和滴定を1NのHClを用いて行った(指示薬にはフェノールフタレインを使用)。
・0.025mol(B)-(中和に使用したHClのモル数)
 =セルロースなどの水酸基にエステル結合していたアセチル基のモル数(C)
・(セルロース繰り返しユニット分子量162
 ×セルロース繰り返しユニットのモル数(未知(D))
    +(アセチル基の分子量43×(C))
 =秤量した試料0.5g(A)
 上記式より、セルロースの繰り返しユニットのモル数(D)を算出した。
 DSは、下記式により算出した。
 ・DS=(C)/(D)
 (解繊性の評価)
 実施例、比較例および参考例で得られたペレット状の樹脂複合物を熱プレスフィルム成形することにより、観察用試料を得た。得られた観察用試料について、光学偏光顕微鏡(オリンパス社製、対物レンズ開口数:0.45)で観察した。得られた偏光顕微鏡像について、下記基準で評価した。結果を表1に示す。
A:得られた偏光顕微鏡像の背景部にモヤ感が認められる(ナノ解繊できている)
B:得られた偏光顕微鏡像の背景部にモヤ感が認められない(ナノ解繊できていない)
 (引張伸びの評価)
 実施例、比較例および参考例で得られたペレット状の樹脂複合物150gを小型成形機(Xplore Instruments社製「MC15」)に投入し、加熱筒(シリンダー)の温度200℃、金型温度は40℃の条件で、ダンベル型試験片(タイプA12、JIS K 7139)を成形した。得られた試験片について、精密万能試験機(島津製作所(株)製「オートグラフAG-Xplus」)を用いて、試験速度1mm/分、初期標線間距離は30mmで、引張伸び(引張歪み、破断までの歪み)を測定した。得られた引張伸びの値を下記基準で評価した。結果を表1に示す。
A:15%以上
B:15%未満
 (耐候性の評価)
 実施例、比較例および参考例で得られたペレット状の樹脂複合物を厚さ3mmの平板に成形しこれを試験片として使用した。サンシャインカーボンアーク灯式耐光性試験機(スガ試験機社製)を使用し、JISD0205に準拠して、試験片の耐候性についての試験を行った。試験開始から300時間経過時における試験片の色差を色差計で測定し、JIS Z 8730のL表示系による色差(ΔE ab)を下記の色差式を用いて計算した。
ΔE ab=[(ΔL+(Δa+(Δb(1/2)
 得られた値を用いて、下記基準により試験片の促進耐候性を評価した。結果を表1に示す。
A:300時間経過時において、試験前後の色差ΔE abが1.0未満
B:300時間経過時において、試験前後の色差ΔE abが1.0以上3.0未満
C:300時間経過時において、試験前後の色差ΔE abが3.0以上6.0未満
D:300時間経過時において、試験前後の色差ΔE abが6.0以上
 (実施例1)
 (アセチル化セルロース繊維の調製)
 含水針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)8.0kg(固形分4.0kg)を、撹拌機(日本コークス工業(株)製「FM150L」)に投入した後、撹拌を開始し、50℃で減圧脱水した。次いで、無水酢酸4.0kgを加え、80℃で2時間反応させた。反応後、水で洗浄しアシル基を有するセルロース繊維としてのアセチル化セルロース繊維(Ac化NUKP)を得た。次いでアセチル化セルロース繊維を乾燥機に投入し、60~70℃で減圧乾燥した。得られたアセチル化セルロース繊維の含水率を、赤外水分計で測定した。含水率は、2.3質量%であった。アセチル化セルロース繊維のアセチル基置換度(DS)は0.7であった。
 (マスターバッチの製造)
 上記のアセチル化セルロース繊維(絶対乾燥物として13質量部(内訳:アセチル基3質量部、セルロース10質量部))、尿素(5質量部:三井化学製)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(MAPP)(3質量部:東洋紡績社製、トーヨータックH1000P)、及びヒンダードフェノール系酸化防止剤(1質量部:BASFジャパン製、イルガノックス1010)を、ポリエチレン製の袋に入れ、振り交ぜて混合した。得られた混合物を二軸混練機((株)テクノベル製:スクリュー径φ15mm、L/D45(L/Dはスクリュー長さ(L)とスクリュー径(D)との比)、スクリュー構成の中にローターを3カ所使用)に付属するフィーダーを用いて混練機に投入、180℃に設定の下で混練し、アセチル化セルロース繊維に由来するアセチル基を有する微細セルロース繊維、尿素、MAPP、及びヒンダードフェノール系酸化防止剤を含むマスターバッチ(以下、「MB」ともいう。)を製造した。
 (樹脂複合物の製造)
 得られたマスターバッチ全量と、ベース樹脂としてポリプロピレン78質量部(プライムポリマー社製、J-452HP)、安定化剤としてHALS0.01質量部(BASFジャパン製、チヌビン770)およびヒンダードフェノール系酸化防止剤0.1質量部(BASFジャパン製、イルガノックス1010)、その他の酸化防止剤としてリン系酸化防止剤0.1質量部(BASFジャパン製、イルガフォス168)、及び紫外線遮蔽能を有する微粒子としてカーボンブラック製剤2質量部(トーヨーカラー株式会社製、PPM0127A、カーボンブラックとして0.8質量部)を混合し、前記二軸混練機にて180℃に設定の下で混練し。次いで溶融混練物をペレタイザーにてペレット化し、アセチル化セルロース繊維に由来するアセチル基を有する微細セルロース繊維、尿素、MAPP、ベース樹脂、HALS、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、及び紫外線遮断能を有する微粒子を含むペレット状の樹脂複合物を得た。
 (比較例1)
 樹脂複合物の製造において、HALSの配合量を0.15質量部に、カーボンブラック製剤の配合量をカーボンブラックとして0.1質量部にそれぞれ変更したこと以外は実施例1と同様に樹脂複合物の製造を行った。
 (比較例2)
 樹脂複合物の製造において、カーボンブラック製剤の配合量をカーボンブラックとして0.1質量部に変更したこと以外は実施例1と同様に樹脂複合物の製造を行った。
 (比較例3)
 樹脂複合物の製造において、HALS、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、及びカーボンブラックを配合しなかったこと以外は実施例1と同様に樹脂複合物の製造を行った。
 (参考例)
 マスターバッチの製造において、アセチル化セルロース繊維に代えて、含水針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)を用いたこと以外は実施例1と同様にマスターバッチの製造を行った。また、樹脂複合物の製造において、上記のようにして得られたマスターバッチを用いたこと、並びに、HALS、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、及びカーボンブラックを配合しなかったこと以外は実施例1と同様に樹脂複合物の製造を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表1に示すように、アシル基を有する微細セルロース繊維及び熱可塑性樹脂を含有する樹脂複合物であって、(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子と、(B)ポリマーラジカルと反応、又はポリマーラジカルを捕捉する安定化剤とを含み、アシル基を有する微細セルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース10質量部に対して、(A)の微粒子を0.5質量部以上含む実施例1のセルロース樹脂複合物は、解繊性および引張伸びに優れるだけでなく、白化が抑制されたものであり、耐候性にも優れることがわかる。また、実施例1と比較例2の対比により、(A)紫外線遮蔽能を有する微粒子の含有量を調整することにより白化抑制が格段に向上することがわかる。また、比較例1と比較例2の対比により、HALS、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤を増量しても耐候性の格段の向上は認められないことがわかる。
 
 

Claims (5)

  1.  アシル基を有する微細セルロース繊維及び熱可塑性樹脂を含有する樹脂複合物において、
    (A)紫外線遮蔽能を有する微粒子と、
    (B)ポリマーラジカルと反応、又はポリマーラジカルを捕捉する安定化剤とを含み、
     前記アシル基を有する微細セルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース10質量部に対して、前記(A)の微粒子を0.5質量部以上含むことを特徴とする、
     セルロース樹脂複合物。
  2.  前記(A)の微粒子が、カーボンブラック、酸化チタン、および炭酸カルシウムから選ばれた少なくとも1種の顔料であることを特徴とする、
     請求項1記載の樹脂複合物。
  3.  前記(B)の安定化剤は、ヒンダードアミン系光安定化剤及びヒンダードフェノール系酸化防止剤を含むことを特徴とする、
     請求項1または2記載の樹脂複合物。
  4.  前記アシル基を有する微細セルロース繊維が、アセチル化微細セルロース繊維であることを特徴とする、
     請求項1または2記載の樹脂複合物。
  5.  前記アシル基を有する微細セルロース繊維の内、アシル基を除いたセルロース10質量部に対して、前記(B)の安定化剤を0.1質量部以下含む、
     請求項1または2記載の樹脂複合物。
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JP2017171713A (ja) * 2016-03-18 2017-09-28 国立大学法人京都大学 アシル化修飾ミクロフィブリル化植物繊維を含有するマスターバッチ
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JP2019214703A (ja) * 2018-06-07 2019-12-19 日本製紙株式会社 樹脂複合体
WO2021172407A1 (ja) * 2020-02-26 2021-09-02 国立大学法人京都大学 解繊性が改良された繊維強化樹脂組成物及びその製造方法、並びに成形体及び解繊剤

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