WO2015049894A1 - セルロースナノファイバー含有樹脂組成物の製造方法及び成形体 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing cellulose nanofiber as a high-functional filler capable of being combined with a compound having a reactive double bond group and a hydroxyl value of 10 KOHmg / g or less, and a resin composition obtained by this production method
- the present invention relates to a molded body obtained by molding a product.
- Cellulose nanofibers developed in recent years are plant-derived natural raw material nanofillers, and are attracting attention as composite materials for resins having low specific gravity and high strength (see Patent Document 1).
- Patent Document 1 In order to refine cellulose having many hydroxyl groups to the nano level, it is necessary to perform defibration in water with the current technology.
- a dehydration step and a solvent replacement step of the produced cellulose nanofiber are essential.
- cellulose since cellulose easily forms intermolecular hydrogen bonds, it reaggregates during the cellulose nanofiber dehydration step, resulting in poor dispersion in the resin.
- Patent Documents 3 and 4 a technique for producing cellulose nanofibers by refining cellulose in a resin without using a solvent has been reported (see Patent Documents 3 and 4).
- This technique makes it very easy to composite cellulose nanofibers in a resin.
- the polyester resin used in Patent Document 3 and the acrylic resin used in Patent Document 4 require a large amount in order to refine cellulose.
- a large amount of polyester resin and acrylic resin do not react when curing a resin having a reactive double bond group, and remains as an uncured product in the molded product, thereby acting as a plasticizer and reducing the physical properties of the molded product. cause.
- a compound having a reactive double bond group as a monomer and having a hydroxyl value of 10 KOHmg / g or less is used.
- cellulose cannot be refined by the methods of Patent Document 3 and Patent Document 4.
- JP 2005-042283 A JP 2009-261993 A International Publication No. 2012/043558 JP2013-116928A
- an uncured product that can be easily combined with a compound having a reactive double bond group and functions as a plasticizer in a molded product by a simple production method that does not require any solvent replacement step or solvent removal step. It is an object of the present invention to provide a cellulose nanofiber having a small amount, and a high-strength resin composition and a molded body using the cellulose nanofiber.
- the present inventors do not refine in water or in an organic solvent, but require a compound having a reactive double bond group and a hydroxyl value of 10 KOHmg / g or less and a defibrating resin.
- Cellulose nanofibers and cellulose nanofiber-containing compositions obtained by this method can be refined in other mixtures for dilution without requiring modification of cellulose. It has been found that the defibrating resin that acts as a plasticizer after molding can be much less than the conventional method.
- the present invention is a method for producing a cellulose nanofiber-containing resin composition, which comprises cellulose in a mixture containing a reactive double bond group and a hydroxyl group of 10 KOHmg / g or less and a defibrating resin as essential components.
- the cellulose nanofiber-containing resin composition is characterized in that the water content is 4 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass when the moisture content of the cellulose is converted to 0% when refining A method is provided.
- the defibrating resin is 10 parts by mass or more and a compound having a reactive double bond group and a hydroxyl group of 10 KOHmg / g or less is defibrated.
- the present invention provides a method for producing a cellulose nanofiber-containing resin composition in which a mixture containing a resin as an essential component is 40 parts by mass or more and 250 parts by mass or less.
- the present invention provides a method for producing a cellulose nanofiber-containing resin composition comprising a step of diluting with a compound having a reactive double bond group.
- the present invention provides a method for producing a cellulose nanofiber-containing resin composition including a step containing a polymerization initiator.
- the present invention provides a molded article of the cellulose nanofiber-containing resin composition produced by the production method.
- the moisture content of the cellulose Cellulose can be refined by a method for producing a cellulose nanofiber-containing resin composition, wherein the water content is 4 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass when the amount is converted to 0%. .
- the cellulose nanofiber and the cellulose nanofiber-containing composition obtained by this method can be combined directly with other dilution resins without the need for solvent replacement or organic solvent removal operation, A simple and good cellulose nanofiber composite resin composition can be obtained.
- the obtained resin composition can be used to produce a molded body as it is, and since there are very few defibrated resins that are non-cured products that act as a plasticizer at the time of curing, the cellulose nano-particles can be produced without causing deterioration in physical properties. Due to the effect of the fiber, it is possible to obtain a molded article having high strength.
- the cellulose nanofiber in the present invention can be obtained by refining various celluloses.
- the cellulose in the present invention is not limited as long as it can be used as a refining material, and pulp, cotton, paper, regenerated cellulose fibers such as rayon, cupra, polynosic, acetate, etc., animal-derived cellulose such as bacteria-produced cellulose, sea squirt, etc. Is available. Further, these celluloses may be obtained by chemically modifying the surface as necessary.
- wood pulp includes mechanical pulp and chemical pulp, and chemical pulp having a low lignin content is preferred.
- Chemical pulp includes sulfide pulp, kraft pulp, alkaline pulp, and the like, and any of them can be suitably used.
- non-wood pulp any of cocoon, bagasse, kenaf, bamboo, cocoon, cocoon, flax, etc. can be used.
- Cotton is a plant mainly used for clothing fibers, and cotton, cotton fibers, and cotton cloth can be used.
- Paper is made by removing fibers from pulp, and used paper such as newspapers, waste milk packs, and copied papers can be suitably used.
- cellulose powder having a certain particle size distribution obtained by crushing cellulose may be used as cellulose as a refining material.
- KC Flock registered trademark
- Avicel registered trademark manufactured by FMC, and the like.
- the refinement of cellulose is to add cellulose to a mixture containing a reactive double bond group and a hydroxyl value of 10 KOHmg / g or less and an essential component of a defibrating resin to give mechanical cutting force.
- a bead mill As means for giving a cutting force, a bead mill, an ultrasonic homogenizer, an extruder such as a single screw extruder or a twin screw extruder, a Banbury mixer, a grinder, a pressure kneader.
- a shearing force can be applied using a known kneader such as a two-roll machine. Among these, it is preferable to use a pressure kneader from the viewpoint of obtaining a stable shear force even in a high viscosity resin.
- the ratio of the mixture to the cellulose is preferably 40 parts by mass or more and 250 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of cellulose with a moisture content converted to 0%.
- the amount of the mixture is large, the shearing force is not applied and defibration cannot be performed.
- the amount of the mixture is small, the cellulose does not get wet, so that defibration does not proceed.
- the compound having a reactive double bond group and having a hydroxyl value of 10 KOHmg / g or less in the present invention means a compound having one or more reactive double bond groups and a hydroxyl value of 10 KOHmg / g or less.
- the reactive double bond group means a double bond group that can be polymerized by anionic polymerization, cationic polymerization, radical polymerization, etc., and the reactive double bond group includes vinyl group, acrylic group, methacryl group, etc. Is given.
- Examples of the compound having a reactive double bond group and a hydroxyl value of 10 KOHmg / g or less include low molecular weight compounds to high molecular weight resins.
- the resin having a reactive double bond group can be obtained by introducing a reactive double bond group into a polyester resin, an acrylic resin, a urethane resin or the like.
- the introduction of the reactive double bond group may be carried out by a known / conventional method and is not particularly limited.
- a reactive double bond group is introduced into a polyester resin
- a method of reacting a polyester resin having a carboxyl group with glycidyl (meth) acrylate may be mentioned.
- an acrylic resin a method of reacting an acrylic resin having a carboxyl group with glycidyl (meth) acrylate, a method of reacting an acrylic resin having a glycidyl group with (meth) acrylic acid, and the like can be mentioned.
- urethane resin a method of reacting a urethane resin having an isocyanate group with a compound having a hydroxyl group and a reactive double bond group such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate may be mentioned.
- defibrating resin As the defibrating resin in the present invention, known and commonly used resins can be used as long as the effects of the present invention are not impaired. Specific examples include polyester resins, vinyl resins, and modified epoxy resins.
- polyester resin is one or more polyols represented by the following general formula (2), one or more polycarboxylic acids represented by the following general formula (3), and It is a polyester resin obtained by reacting.
- X- (OH) m (2) [Wherein, X represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may contain an oxygen atom, an aromatic group or a heterocyclic aromatic group which may have a substituent. m represents an integer of 2 to 4. ]
- Y- (COOH) n (3) [Wherein Y represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, an aromatic group which may have a substituent, or a heterocyclic aromatic group. n represents an integer of 2 to 4. ]
- Examples of the polyol represented by the general formula (2) include ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, pentyl glycol, neopentyl glycol, 1,5-pentanediol, 1,6 -Hexanediol, 1,7-heptanediol, 1,8-octanediol, 1,9-nonanediol, 1,10-decanediol, 1,11-undecanediol, 1,12-dodecanediol, diethylene glycol, triethylene Glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, 2-methyl-1,3-propanediol, 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol, 2-methyl-1,4- Butanediol, 2-e 1,4-but
- Examples of the polycarboxylic acid represented by the general formula (3) include unsaturated dibasic acids and anhydrides thereof, maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid, chloromaleic acid and esters thereof. And ⁇ , ⁇ -unsaturated dibasic acids such as halogenated maleic anhydride, aconitic acid, and ⁇ , ⁇ -unsaturated dibasic acids such as dihydromuconic acid.
- monohydric alcohols include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, 2-butanol, 3-butanol, n-amyl alcohol, n-hexanol, isohexanol, n-heptanol, isoheptanol, n-octanol , 2-ethylhexanol, isooctanol, n-nonanol, isononanol, n-decanol, isodecanol, isoundecanol, lauryl alcohol, cetyl alcohol, decyl alcohol, undecyl alcohol, tridecyl alcohol, benzyl alcohol steamyl alcohol, n-hexanol, isohexanol, n-heptanol, isoheptanol, n-octanol , 2-ethylhex
- Examples of the monovalent carboxylic acid include benzoic acid, heptanoic acid, nonanoic acid, caprylic acid, nonanoic acid, capric acid, undecylic acid, lauric acid, and the like, and one or more of these may be used.
- Hydroxycarboxylic acids include lactic acid, glycolic acid, 2-hydroxy-n-butyric acid, 2-hydroxycaproic acid, 2-hydroxy3,3-dimethylbutyric acid, 2-hydroxy-3-methylbutyric acid, 2-hydroxyiso Examples include caproic acid and p-hydroxybenzoic acid, and one or more of these may be used.
- polyester resin in the present invention a modified polyester resin obtained by modifying the above polyester resin may be used.
- modified polyester resin include urethane-modified polyester, acrylic-modified polyester, epoxy-modified polyester, and silicone-modified polyester.
- polyester resin in the present invention may be linear or multi-branched polyester.
- the polyester resin in the present invention preferably has an ester group concentration of 6.0 mmol / g or more. More preferably, it is 6.0 to 14 mmol / g, still more preferably 6.0 to 20 mmol / g, and particularly preferably 6.0 to 30 mmol / g. Further, it is preferable that the ester group concentration is 6.0 mmol / g or more and the acid value is 10 KOHmg / g or more. The acid value is more preferably 10 to 100 KOH mg / g, still more preferably 10 to 200 KOH mg / g, and particularly preferably 10 to 300 KOH mg / g.
- the ester group concentration is 6.0 mmol / g or more and the hydroxyl value is 10 or more.
- the hydroxyl value is more preferably 10 to 500 KOHmg / g, still more preferably 10 to 800 KOHmg / g, and particularly preferably 10 to 1000 KOHmg / g.
- the polyester resin in the present invention is particularly preferable when the ester group concentration is 6.0 mmol / g or more, the acid value is 10 KOHmg / g or more, and the hydroxyl value is 10 KOHmg / g or more.
- the polyester resins may be used alone or in combination.
- the vinyl resin in the present invention is a polymer or copolymer of a vinyl monomer, and the vinyl monomer is not particularly limited.
- a (meth) acrylic acid ester derivative, a vinyl ester derivative, a maleic acid diester derivative ( Suitable examples include (meth) acrylamide derivatives, styrene derivatives, vinyl ether derivatives, vinyl ketone derivatives, olefin derivatives, maleimide derivatives, and (meth) acrylonitrile.
- a (meth) acrylic resin obtained by polymerizing a (meth) acrylic acid ester derivative is particularly preferable.
- (meth) acrylate derivatives include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate , Isobutyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, amyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, t-butylcyclohexyl (meth) acrylate, 2-Methylhexyl acrylate, t-octyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, octadecyl (meth) acrylate, acetoxyethyl (meth) acryl
- vinyl ester derivatives include vinyl acetate, vinyl chloroacetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl methoxyacetate, and vinyl benzoate.
- maleic acid diester derivatives include dimethyl maleate, diethyl maleate, and dibutyl maleate.
- fumaric acid diester derivative include dimethyl fumarate, diethyl fumarate, and dibutyl fumarate.
- itaconic acid diester derivative include dimethyl itaconate, diethyl itaconate, and dibutyl itaconate.
- Examples of (meth) acrylamide derivatives include (meth) acrylamide, N-methyl (meth) acrylamide, N-ethyl (meth) acrylamide, N-propyl (meth) acrylamide, N-isopropyl (meth) acrylamide, Nn -Butylacrylic (meth) amide, Nt-butyl (meth) acrylamide, N-cyclohexyl (meth) acrylamide, N- (2-methoxyethyl) (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N , N-diethyl (meth) acrylamide, N-phenyl (meth) acrylamide, N-nitrophenyl acrylamide, N-ethyl-N-phenyl acrylamide, N-benzyl (meth) acrylamide, (meth) acryloylmorpholine, diacetone acrylamide, N Methylol - Le
- styrene derivatives are styrene, methyl styrene, dimethyl styrene, trimethyl styrene, ethyl styrene, isopropyl styrene, butyl styrene, hydroxy styrene, methoxy styrene, butoxy styrene, acetoxy styrene, chlorostyrene, dichlorostyrene, bromostyrene, chloromethyl. Examples thereof include styrene and ⁇ -methylstyrene.
- vinyl ether derivatives include methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, 2-chloroethyl vinyl ether, hydroxyethyl vinyl ether, propyl vinyl ether, butyl vinyl ether, hexyl vinyl ether, octyl vinyl ether, methoxyethyl vinyl ether, and phenyl vinyl ether.
- vinyl ketone derivatives include methyl vinyl ketone, ethyl vinyl ketone, propyl vinyl ketone, and phenyl vinyl ketone.
- olefin derivatives examples include ethylene, propylene, isobutylene, butadiene, isoprene and the like.
- maleimide derivatives include maleimide, butyl maleimide, cyclohexyl maleimide, phenyl maleimide and the like.
- (meth) acrylonitrile, heterocyclic groups substituted with vinyl groups eg, vinylpyridine, N-vinylpyrrolidone, vinylcarbazole, etc.
- vinyl groups eg, vinylpyridine, N-vinylpyrrolidone, vinylcarbazole, etc.
- N-vinylformamide, N-vinylacetamide, N-vinylimidazole, vinyl Caprolactone and the like can also be used.
- the vinyl resin in the present invention preferably has a functional group. This is because the physical properties of the molded body such as mechanical properties can be improved by the interaction with the diluted resin.
- Specific examples of the functional group include a halogen group (fluorine, chlorine), a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, a silanol group, a cyano group, and the like.
- the vinyl resin can be obtained by heating the vinyl monomer in a reaction vessel in the presence of a polymerization initiator and aging as necessary.
- the reaction conditions vary depending on, for example, the polymerization initiator and the solvent, but the reaction temperature is 30 to 150 ° C., preferably 60 to 120 ° C.
- the polymerization can be carried out in the presence of a non-reactive solvent.
- polymerization initiator examples include peroxides such as t-butyl peroxybenzoate, di-t-butyl peroxide, cumene peroxide, acetyl peroxide, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide; azobisisobutylnitrile, azobis And azo compounds such as -2,4-dimethylvaleronitrile and azobiscyclohexanecarbonitrile.
- peroxides such as t-butyl peroxybenzoate, di-t-butyl peroxide, cumene peroxide, acetyl peroxide, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide
- azobisisobutylnitrile such as -2,4-dimethylvaleronitrile and azobiscyclohexanecarbonitrile.
- non-reactive solvent examples include aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane and mineral spirit; aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene; ester solvents such as butyl acetate; alcohols such as methanol and butanol.
- Solvents aprotic polar solvents such as dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone and the like. These solvents may be used alone or in combination.
- the vinyl resin of the present invention may be a linear polymer or a branched polymer, and in the case of a branched polymer, it may be a comb or a star.
- the weight average molecular weight is preferably 6000 or less. Although a detailed reason is unknown, if the weight average molecular weight is 6000 or less, it is expected that the affinity for cellulose fibers is increased.
- the acid value is more preferably 30 KOHmg / g or more and less than 60 KOHmg / g.
- the hydroxyl value is preferably 30 KOHmg / g or more, and more preferably 50 KOHmg / g or more.
- the acid value is particularly preferably 30 KOHmg / g or more and less than 60 KOHmg / g and the hydroxyl value is 30 KOHmg / g or more.
- the modified epoxy resin in the present invention is a modified epoxy resin having an epoxy group and a hydroxyl value of 100 mgKOH / g or more.
- the modified epoxy resin can be obtained by reacting an epoxy resin with a compound having a carboxyl group or an amino group.
- the epoxy resin used in the present invention is a compound having an epoxy group in the molecule, and reacts with a compound having a carboxyl group or amino group described later to produce a modified epoxy resin having a hydroxyl value of 100 mgKOH / g or more. Any structure can be used, and the structure thereof is not particularly limited.
- bisphenol A type epoxy resin bisphenol F type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin, p-tert-butylphenol novolak type epoxy resin, nonylphenol novolak Type epoxy resins, polyvalent epoxy resins such as t-butylcatechol type epoxy resins, etc.
- monovalent epoxy resins include aliphatic alcohols such as butanol, aliphatic alcohols having 11 to 12 carbon atoms, phenol, Monohydric phenols such as p-ethylphenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, p-tert-butylbutylphenol, s-butylphenol, nonylphenol, xylenol and the like.
- Condensates with halohydrins condensates of monovalent carboxyl groups such as neodecanoic acid and epihalohydrins, and the like.
- Examples of glycidylamine include condensates of diaminodiphenylmethane and epihalohydrin.
- Polyglycidyl ethers of vegetable oils such as soybean oil and castor oil, and polyvalent alkylene glycol type epoxy resins include ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, glycerin, erythritol Polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene ether glycol, condensates of trimethylolpropane and epihalohydrin, and the like, and water-based epoxy resins described in JP-A-2005-239928 , These may be used one kind may be used in combination of two or more.
- the epoxy resin may be liquefied or reduced in viscosity by adding an organic solvent or a non-reactive diluent as required.
- the compound having a carboxyl group or amino group in the present invention may be any compound as long as it produces a modified epoxy resin having a hydroxyl value of 100 mgKOH / g or more by reacting with the epoxy resin. Any one or more of a compound having a carboxyl group and an amino group can be used.
- a compound having a carboxyl group or amino group further having a hydroxyl group in a compound having a carboxyl group or amino group is particularly preferable because it can impart a high hydroxyl value to the modified epoxy resin when reacted with an epoxy compound.
- the compound having a carboxyl group in the present invention is a compound having one or more carboxyl groups.
- Specific compounds having one carboxyl group include formic acid, acetic acid, propionic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, chloroacetic acid, trifluoroacetic acid, isopropyl Fatty acids such as acid, isostearic acid, neodecanoic acid, benzoic acid, methylbenzoic acid, dimethylbenzoic acid, trimethylbenzoic acid, phenylacetic acid, 4-isopropylbenzoic acid, 2-phenylpropanoic acid, 2-phenylacrylic acid, 3- Examples thereof include aromatic carboxylic acids such as phenylpropanoic acid and silicic acid.
- the compound having two or more carboxyl groups include carboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, terephthalate acid, isophthalic acid and pyromellitic acid, and anhydrides thereof.
- carboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, terephthalate acid, isophthalic acid and pyromellitic acid, and anhydrides thereof.
- maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid, chloromaleic acid and esters thereof ⁇ , ⁇ -unsaturated dibasic acids such as halogenated maleic anhydride, aconitic acid, etc.
- ⁇ , ⁇ -unsaturated dibasic acids such as dihydromuconic acid.
- the compound having an amino group in the present invention is a compound having one or more amino groups. Specifically, as a compound having one amino group, methylamine, ethylamine, dimethylamine, diethylamine, propylamine, butylamine, N, N-dimethyl-2-propanamine, aniline, toluidine, 2-aminoanthracene, etc. I can give you.
- Examples of the compound having two or more amino groups include ethylenediamine, 1,3-propanediamine, 1,4-butanediamine, 1,6-hexamethylenediamine, 1,4-cyclohexanediamine, 3-aminomethyl-3, 5,5-trimethylcyclohexylamine, piperazine, 2,5-dimethylpiperazine, isophoronediamine, 4,4'-cyclohexylmethanediamine, norbornanediamine, hydrazine, diethylenetriamine, triethylenetriamine, 1,3-bis (aminomethyl) cyclohexane And xylylenediamine and the like.
- the compound having a carboxyl group and an amino group in the present invention is a compound having at least one carboxyl group and one amino group.
- a typical example is an amino acid, which may further have a hydroxyl group.
- the compound having a carboxyl group or amino group having a hydroxyl group is a compound having a carboxyl group or an amino group and further having one or more hydroxyl groups.
- glycolic acid glyceric acid, hydroxypropionic acid, hydroxylacric acid, malic acid, 2,3-dihydroxybutanedioic acid, citric acid, isocitric acid, mevalonic acid, bantoic acid, ricinoleic acid
- examples include dimethylolpropionic acid, dimethylolbutanoic acid, hydroxyphenylpropanoic acid, mandelic acid, benzylic acid, hydroxymethylamine, hydroxyethylamine, and hydroxypropylamine.
- the modified epoxy resin having a hydroxyl value of 100 mgKOH / g or more in the present invention can be obtained by reacting an epoxy group of an epoxy resin with a carboxyl group or an amino group of a compound having a carboxyl group or an amino group.
- the hydroxyl value is less than 100 mgKOH / g, since the affinity with cellulose is low, defibration to cellulose nanofiber is difficult to proceed, which is not preferable. What is necessary is just to set arbitrarily the reaction ratio of an epoxy group, a carboxyl group, or an amino group so that a hydroxyl value may produce 100 mgKOH / g or more and the amount of desired epoxy groups remains.
- the amount of epoxy groups in the modified epoxy resin is preferably 0.3 or more per molecule, more preferably 0.5 or more, and most preferably 1 or more.
- the production of the modified epoxy resin can be carried out without a solvent or in a solvent.
- a solventless reaction that does not require solvent removal is preferred.
- These solvents may be used alone
- a Lewis acid catalyst or a Lewis base catalyst may be used as a reaction catalyst.
- Specific examples include boron trifluoride, benzyltrimethylammonium chloride, dimethylaminopyridine, pyridine, 8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene, and triphenylphosphine.
- the reaction temperature is preferably between room temperature and 200 ° C.
- the defibrating resin may be used alone or in combination.
- the ratio of the defibrated resin and the cellulose is desirably 10 parts by mass or more of the defibrated resin with respect to 100 parts by mass of the cellulose with the moisture content converted to 0%.
- the defibrating resin is present in an amount of 10 parts by mass or more, the wettability between the cellulose having a reactive double bond group and a hydroxyl group of 10 KOHmg / g or less and a mixture containing the defibrating resin as essential components and cellulose is improved. The miniaturization tends to proceed.
- a polymerization inhibitor so that a compound having a reactive double bond group and a hydroxyl value of 10 KOHmg / g or less does not polymerize during defibration.
- the polymerization inhibitor is not particularly limited, and examples include methoquinone, hydroquinone, t-butylhydroquinone, 4-t-butylcatechol and the like.
- the water content is desirably 4 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of cellulose converted to a moisture content of 0%.
- the moisture content referred to here includes the moisture content originally contained in the cellulose. If the water content is less than 4 parts by mass, the cellulose is hardly aggregated and cannot be fibrillated. When the amount is more than 25 parts by mass, the cellulose cannot absorb all the water, so that the mixture containing the reactive double bond group and the hydroxyl group of 10 KOHmg / g or less and the defibrating resin as an essential component is emulsified. I can't defibrate.
- the cellulose is converted into cellulose nanofibers by the refinement method of the present invention.
- the miniaturization method of the present invention for example, it is possible to miniaturize to 100 nm to 1000000 nm in the major axis direction and to 5 nm to 1000 nm in the minor axis direction.
- the cellulose nanofiber-containing resin composition When the cellulose nanofiber-containing resin composition is diluted with a compound having a reactive double bond group, the cellulose nanofiber-containing resin composition may be used as it is, or may be used after drying.
- the compound having a reactive double bond group in the present invention refers to a compound having one or more reactive double bond groups.
- the reactive double bond group means a double bond group that can be polymerized by anionic polymerization, cationic polymerization, radical polymerization, etc., and the reactive double bond group includes vinyl group, acrylic group, methacryl group, etc. Is given.
- Examples of the compound having a reactive double bond group include a low molecular weight compound to a high molecular weight resin.
- the resin having a reactive double bond group can be obtained by introducing a reactive double bond group into a polyester resin, an acrylic resin, a urethane resin or the like.
- the introduction of the reactive double bond group may be carried out by a known / conventional method and is not particularly limited.
- a reactive double bond group is introduced into a polyester resin
- a method of reacting a polyester resin having a carboxyl group with glycidyl (meth) acrylate may be mentioned.
- an acrylic resin a method in which an acrylic resin having a carboxyl group and glycidyl (meth) acrylate are reacted, a method in which an acrylic resin having a glycidyl group and (meth) acrylic acid are reacted, and the like.
- urethane resin a method of reacting a urethane resin having an isocyanate group with a compound having a hydroxyl group and a reactive double bond group such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate may be mentioned.
- One type of the compound having a reactive double bond group may be used, or a plurality of types may be used in combination.
- the ratio of the cellulose nanofiber-containing resin composition and the compound having a reactive double bond group is arbitrary as long as the effects of the present invention are not impaired.
- the timing at which the polymerization initiator is contained may be any time, and examples include when the compound is diluted with a compound having a reactive double bond group, and immediately after molding after being diluted with a compound having a reactive double bond group.
- polymerization initiator examples include a photopolymerization initiator and a thermal polymerization initiator.
- the photopolymerization initiator is not particularly limited.
- thermal polymerization initiators isobutyl peroxide, cumyl peroxyneodecanate, diisopropyl peroxydicarbonate, di-2-ethylhexyl peroxydicarbonate, tertiary butyl peroxyneodecanate, 3,5,5-trimethyl Hexanol peroxide, lauryl peroxide, 1,1,3,3-tetramethylbutylperoxy-2-ethylhexanate, t-hexylperoxy-2-ethylhexanate, benzoyl peroxide, t-butylperoxide Examples thereof include peroxides such as oxymaleic acid and t-butylperoxybenzoate, and azo compounds such as azobisisobutylnitrile, azobis-2,4-dimethylvaleronitrile, and azobiscyclohexanecarbonitrile.
- the thermal polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more
- the resin composition may contain various conventionally known additives depending on its use.
- additives for example, hydrolysis inhibitor, colorant, flame retardant , Antioxidants, polymerization inhibitors, ultraviolet absorbers, antistatic agents, lubricants, mold release agents, antifoaming agents, leveling agents, light stabilizers (eg hindered amines), antioxidants, inorganic fillers, organic fillers, etc. Can give.
- the timing of mixing the other additives is before defibration of cellulose, after defibration, when diluted with a compound having a reactive double bond group, after being diluted with a compound having a reactive double bond group, etc. Any time may be used as long as the effect of the invention is not impaired.
- the method for molding the molded body according to the resin composition of the present invention is not particularly limited, but is a method of casting by casting into a mold such as FRP, resin, glass, brush, roller, trowel, spray, etc.
- the method of applying by is preferable.
- the resin composition in the present invention can be suitably used for various applications. For example, it is applied to flooring, waterproofing materials, road paving materials, etc., and waterproofing of asphalt and concrete road surfaces and shielding of floors and roofs, rooftops, walls, viaduct floors of general offices, factories, clean rooms, etc. Used for thermal painting, non-slip pavement, etc. However, it is not limited to these.
- HEMA 2-hydroxyethyl methacrylate
- Example 1 Cellulose refinement method 300 g of urethane methacrylate resin composition 1 synthesized in Synthesis Example 1, 100 g of polyester resin 1 synthesized in Synthesis Example 2, and 0.2 g of tertiary butylcatechol were mixed. Thereafter, it was put into a pressure kneader (DS1-5GHH-H) manufactured by Moriyama Seisakusho. Furthermore, 625 g of cellulose powder product “KC Flock (registered trademark) W-50GK” manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd. was added, and pressure kneading was performed at 60 rpm for 300 minutes.
- KC Flock registered trademark
- purification process of a cellulose was performed and the cellulose nanofiber containing resin composition 1 was obtained.
- the moisture content of the cellulose used at this time was 4.2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cellulose whose water content was converted to 0%.
- Example 2 Cellulose refinement method 300 g of Aronix (registered trademark) M-350 (trimethylolpropane EO-modified triacrylate: EO-TMPTA) manufactured by Toagosei Co., Ltd. and polyester resin 1 synthesized in Synthesis Example 2 100 g and tertiary butylcatechol 0.2 g were mixed, and then charged into a pressure kneader (DS1-5GHH-H) manufactured by Moriyama Seisakusho. Furthermore, 630 g of cellulose powder product “KC Flock (registered trademark) W-50GK” manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd. was added, and pressure kneading was performed at 60 rpm for 300 minutes.
- Aronix registered trademark
- M-350 trimethylolpropane EO-modified triacrylate: EO-TMPTA
- polyester resin 1 synthesized in Synthesis Example 2 100 g and tertiary butylcatechol 0.2 g were mixed
- purification process of a cellulose was performed and the cellulose nanofiber containing resin composition 2 was obtained.
- the moisture content of the cellulose used at this time was 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cellulose whose water content was converted to 0%.
- the hydroxyl value of EO-TMPTA was measured by the hydroxyl value measurement method described in Synthesis Example 1, it was less than 1 KOH mg / g.
- Example 3 Cellulose refinement method After mixing 220 g of the urethane methacrylate resin composition 1 synthesized in Synthesis Example 1, 80 g of the polyester resin 1 synthesized in Synthesis Example 2, and 0.2 g of tertiary butylcatechol, The pressure kneader (DS1-5GHH-H) manufactured by Moriyama Seisakusho was used. Furthermore, 736 g of cellulose powder product “KC Flock (registered trademark) W-50GK” manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd. was added, and pressure kneading was performed at 60 rpm for 300 minutes.
- KC Flock registered trademark
- miniaturization process of a cellulose was performed and the cellulose nanofiber containing resin composition 3 was obtained.
- the water content of the cellulose used at this time was 5.2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cellulose whose water content was converted to 0%.
- Example 4 Cellulose refinement method 600 g of urethane methacrylate resin composition 1 synthesized in Synthesis Example 1, 100 g of polyester resin 1 synthesized in Synthesis Example 2, and 0.2 g of tertiary butylcatechol were mixed. Thereafter, it was put into a pressure kneader (DS1-5GHH-H) manufactured by Moriyama Seisakusho. Furthermore, 316 g of cellulose powder product “KC Flock (registered trademark) W-50GK” manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd. was added, and pressure kneading was performed at 60 rpm for 300 minutes.
- KC Flock registered trademark
- purification process of a cellulose was performed and the cellulose nanofiber containing resin composition 4 was obtained.
- the water content of the cellulose used at this time was 5.4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cellulose whose water content was converted to 0%.
- Example 5 Cellulose refinement method After mixing 300 g of the urethane methacrylate resin composition 1 synthesized in Synthesis Example 1, 100 g of the polyester resin 1 synthesized in Synthesis Example 2, and 0.2 g of tertiary butylcatechol, The pressure kneader (DS1-5GHH-H) manufactured by Moriyama Seisakusho was used. Thereafter, 630 g of cellulose powder product “KC Flock (registered trademark) W-50GK” manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd. was added. The moisture content of the cellulose used at this time was 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cellulose whose water content was converted to 0%.
- KC Flock registered trademark
- Comparative Example 1 Cellulose Refinement Method After mixing 400 g of the urethane methacrylate resin composition 1 synthesized in Synthesis Example 1 and 0.2 g of tertiary butylcatechol, a pressure kneader (DS1-5GHH- manufactured by Moriyama Seisakusho) H). Further, 630 g of a cellulose powder product “KC Flock (registered trademark) W-50GK” manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd. was added, and pressure-kneading was performed at 60 rpm for 300 minutes to carry out a finer cellulose treatment. The moisture content of the cellulose used at this time was 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cellulose whose water content was converted to 0%.
- KC Flock registered trademark
- Comparative Example 3 Cellulose Refinement Method
- Cellulose powder product “KC Flock (registered trademark) W-50GK” manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd. was dried in a dryer at 130 ° C. overnight.
- the water content of the cellulose at this time was 3.2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cellulose whose water content was converted to 0%.
- 619 g of dried “KC Flock (registered trademark) W-50GK” was added, and pressure kneading was performed at 60 rpm for 300 minutes to carry out a cellulose refining treatment.
- Table 1 shows the determination results of the refined state of cellulose in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 7.
- Example 6 Method for Producing Molded Body
- the moisture content of the cellulose nanofiber-containing resin composition 1 obtained in Example 1 was measured, it was 4 with respect to 100 parts by mass of cellulose nanofibers with a moisture content of 0%. 3 parts by mass.
- 8.55 g of the cellulose nanofiber-containing resin composition 1 and 100.00 g of Diover (registered trademark) HTP-460 (methacrylic resin manufactured by DIC Corporation) were mixed, and the mixture was added to TK Auto Homo Disper manufactured by Special Machinery Industry Co., Ltd.
- the dispersion treatment was performed at 1000 rpm for 5 minutes.
- Example 7 Manufacturing method of molded product
- the water content of the cellulose nanofiber-containing resin composition 5 obtained in Example 5 was measured, it was 22 with respect to 100 parts by weight of cellulose nanofibers with a water content of 0%. It was 8 parts by mass.
- This cellulose nanofiber-containing resin composition 5 was dried in a dryer at 50 ° C. overnight.
- the moisture content of the resin composition 5 containing cellulose nanofibers was measured after drying, it was 5.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of cellulose nanofibers with a moisture content of 0%.
- Example 8 Manufacturing method of molded article When the moisture content of the cellulose nanofiber-containing resin composition 2 obtained in Example 2 was measured, it was 4 with respect to 100 parts by mass of cellulose nanofibers with a moisture content of 0%. It was 8 parts by mass.
- This cellulose nanofiber-containing resin composition 2 (8.57 g) and Diover HTP-460 (100.00 g) were mixed and subjected to dispersion treatment at 1000 rpm for 5 minutes with TK Auto Homo Disper manufactured by Tokugi Kikai Kogyo Co., Ltd. .
- a molded plate having a thickness of 3 mm was obtained. From this molded plate, a dumbbell-shaped test body for tensile test specified in JISK6251 was prepared.
- Table 2 shows the test results of the dumbbell-shaped test specimens for tensile tests of Examples 6 to 8 and Comparative Examples 8 to 12 and the surface bleed evaluation.
- the cellulose is not refined in water or in an organic solvent, but in a mixture containing a reactive double bond group and a hydroxyl group of 10 KOHmg / g or less and a defibrating resin as essential components.
- Cellulose nanofiber-containing resin composition characterized in that when the cellulose is refined in step 4, the water content is 4 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass when the moisture content of the cellulose is converted to 0% It is possible to refine the cellulose by the production method described above.
- the cellulose nanofiber-containing resin composition obtained by this method can be easily combined with a compound having a reactive double bond group and a hydroxyl value of 10 KOHmg / g or less, and the obtained resin composition is a molded product as it is. Since there are very few defibrated resins that are non-cured products that act as plasticizers during curing, high strength molded articles can be obtained by the effect of cellulose nanofibers without causing deterioration in physical properties. It becomes possible. Therefore, the present invention has high industrial applicability.
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Abstract
Description
しかしながら、水酸基を多く持つセルロースをナノレベルまで微細化するには、現在の技術では水中で解繊を行う必要がある。この水中解繊セルロースナノファイバーを各種樹脂へと複合化するには、製造されたセルロースナノファイバーの脱水工程及び溶剤置換工程が必須となっている。また、セルロースは分子間水素結合を形成しやすいため、セルロースナノファイバー脱水工程中に再凝集してしまい、樹脂中での分散が不良となっていた。
つまり、セルロースナノファイバーを、より安価でかつ簡単な工程で各種樹脂に複合化できるような技術の確立が求められている。
本発明におけるセルロースナノファイバーは、各種セルロースを微細化する事で得られる。本発明におけるセルロースは、微細化材料として利用可能なものであればよく、パルプ、綿、紙、レーヨン・キュプラ・ポリノジック・アセテートなどの再生セルロース繊維、バクテリア産生セルロース、ホヤなどの動物由来セルロースなどが利用可能である。また、これらのセルロースは必要に応じて表面を化学修飾処理したものであってもよい。
セルロースの微細化は、反応性二重結合基を有し水酸基価が10KOHmg/g以下の化合物及び解繊樹脂を必須成分とする混合物中にセルロースを添加し、機械的に箭断力を与えることにより行うことができる。箭断力を与える手段としては、ビ-ズミル、超音波ホモジナイザー、一軸押出機、二軸押出機等の押出機、バンバリーミキサー、グラインダー、加圧ニーダー。2本ロール等の公知の混練機等を用い剪断力を与えることができる。これらの中でも高粘度の樹脂中でも安定した剪断力を得られる観点から加圧ニーダーを用いることが好ましい。
株式会社ケット科学研究所製赤外線水分計FD-720を使用し、約5gのセルロースを110℃、自動停止モードの条件で加熱し、水分量の測定を行う。このときの水分量が5%であった場合、セルロース100質量部に対する、水分率を0%に換算したセルロースの質量は95質量部となる。以下、水分率を0%に換算したセルロースの質量はこの方法で測定を行う。
本発明における反応性二重結合基を有し水酸基価が10KOHmg/g以下の化合物とは、反応性二重結合基を1個以上有し水酸基価が10KOHmg/g以下の化合物のことをいう。反応性二重結合基とは、アニオン重合、カチオン重合、ラジカル重合などによって重合が可能な二重結合基のことをいい、反応性二重結合基として、ビニル基、アクリル基、メタクリル基、などがあげられる。
本発明にける解繊樹脂は、本発明の効果を損ねない範囲であれば公知慣用の樹脂を用いることができるが、具体的にはポリエステル系樹脂、ビニル樹脂、変性エポキシ樹脂などが挙げられる。
本発明におけるポリエステル系樹脂とは、下記一般式(2)で表される1種若しくは2種以上のポリオールと、下記一般式(3)で表される1種若しくは2種以上のポリカルボン酸とを反応させて得られる、ポリエステル樹脂である。
[式中、Xは酸素原子を含んでいても良い炭素数1~20の脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族基またはヘテロ環芳香族基を表す。mは2~4の整数を表す。]
[式中、Yは炭素数1~20の脂肪族炭化水素基、置換基を有していてもよい芳香族基またはヘテロ環芳香族基を表す。nは2~4の整数を表す。]
本発明におけるビニル樹脂とは、ビニルモノマーの重合体もしくは共重合体であり、ビニルモノマーとしては、特に制限されないが、例えば、(メタ)アクリル酸エステル誘導体、ビニルエステル誘導体、マレイン酸ジエステル誘導体、(メタ)アクリルアミド誘導体、スチレン誘導体、ビニルエーテル誘導体、ビニルケトン誘導体、オレフィン誘導体、マレイミド誘導体、(メタ)アクリロニトリルが好適に挙げられる。ビニル樹脂としては、その中でも特に(メタ)アクリル酸エステル誘導体を重合して得られる(メタ)アクリル樹脂が特に好ましい。
フマル酸ジエステル誘導体の例としては、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、およびフマル酸ジブチルなどが挙げられる。
イタコン酸ジエステル誘導体の例としては、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジエチル、およびイタコン酸ジブチルなどが挙げられる。
本発明におけるビニル樹脂は、官能基を有することがこのましい。これは、希釈樹脂との相互作用により機械特性など成形体の物性を向上させることが可能となるからである。官能基としては、具体的にはハロゲン基(フッ素、塩素)、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、シラノール基、シアノ基等が挙げられ、これらを複数種有していてもかまわない。
本発明で使用するビニル樹脂の分子量は、重量平均分子量が6000以下であることが好ましい。詳細な理由は不明であるが、重量平均分子量が6000以下であれば、セルロース繊維への親和性が高まるためではないかと予想される。
本発明におけるビニル樹脂の重量平均分子量が6000以下のとき、酸価が30KOHmg/g以上60KOHmg/g未満であるとより好ましい。
本発明におけるビニル樹脂の重量平均分子量が6000以下のとき、水酸価が30KOHmg/g以上であると好ましく、50KOHmg/g以上であるとより好ましい。
本発明における変性エポキシ樹脂とは、エポキシ基を有し、水酸基価が100mgKOH/g以上である変性エポキシ樹脂である。
該変性エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂とカルボキシル基又はアミノ基を有する化合物とを反応させることで得ることができる。
本発明で用いるエポキシ樹脂は、分子内にエポキシ基を有する化合物であって、後述するカルボキシル基又はアミノ基を有する化合物と反応して、水酸基価が100mgKOH/g以上である変性エポキシ樹脂を生成するものであればよく、その構造等に特に制限はない。例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、p-tert-ブチルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ノニルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、t-ブチルカテコール型エポキシ樹脂等の多価エポキシ樹脂等が挙げられ、更に1価のエポキシ樹脂としては、ブタノール等の脂肪族アルコール、炭素数11~12の脂肪族アルコール、フェノール、p-エチルフェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、p-タ-シャリブチルフェノール、s-ブチルフェノール、ノニルフェノール、キシレノール等の1価フェノール類とエピハロヒドリンとの縮合物、ネオデカン酸等の1価カルボキシル基とエピハロヒドリンとの縮合物等が挙げられ、グリシジルアミンとしては、ジアミノジフェニルメタンとエピハロヒドリンとの縮合物等、多価脂肪族エポキシ樹脂としては、例えば、大豆油、ヒマシ油等の植物油のポリグリシジルエーテルが挙げられ、多価アルキレングリコール型エポキシ樹脂としては、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、1,6-ヘキサンジオール、グリセリン、エリスリトール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、トリメチロールプロパンとエピハロヒドリンとの縮合物等、更には特開2005-239928号公報記載の水性エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは1種類で用いても、2種類以上を併用しても良い。
本発明におけるカルボキシル基又はアミノ基を有する化合物は、上記エポキシ樹脂反応して水酸基価が100mgKOH/g以上である変性エポキシ樹脂を生成するものであればよく、カルボキシル基を有する化合物と、アミノ基を有する化合物と、カルボキシル基及びアミノ基を有する化合物のいずれか1種以上を用いることができる。
また、カルボキシル基又はアミノ基を有する化合物においてさらに水酸基を有するカルボキシル基又はアミノ基を有する化合物は、エポキシ化合物と反応した際に変性エポキシ樹脂に高い水酸基価を付与できるため、特に好ましい。
本発明におけるカルボキシル基を有する化合物とは、カルボキシル基を一つ以上有する化合物である。カルボキシル基を一つ有する化合物として、具体的には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、クロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、イソプロピル酸、イソステアリン酸、ネオデカン酸、などの脂肪酸、安息香酸、メチル安息香酸、ジメチル安息香酸、トリメチル安息香酸、フェニル酢酸、4-イソプロピル安息香酸、2-フェニルプロパン酸、2-フェニルアクリル酸、3-フェニルプロパン酸、ケイ被酸などの芳香族カルボン酸等が挙げられる。カルボキシル基を二つ以上有する化合物として、具体的には、コハク酸、アジピン酸、テレフタレ-ト酸、イソフタル酸、ピロメリット酸などのカルボン酸類、及びこれらの無水物を挙げることができる。さらに、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロルマレイン酸及びこれらのエステル等があり、ハロゲン化無水マレイン酸等、アコニット酸などのα,β-不飽和二塩基酸やジヒドロムコン酸等のβ,γ-不飽和二塩基酸が挙げられる。また、飽和二塩基酸およびその無水物として、フタル酸、無水フタル酸、ハロゲン化無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ニトロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、ハロゲン化無水フタル酸及びこれらのエステル等があり、ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、メチルヘキサヒドロフタル酸、ヘット酸、1,1-シクロブタンジカルボン酸、シュウ酸、コハク酸、コハク酸無水物、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,12-ドデカン2酸,2,6-ナフタレンジカルボン酸、2,7-ナフタレンジカルボン酸、2,3-ナフタレンジカルボン酸、2,3-ナフタレンジカルボン酸無水物、4,4’-ビフェニルジカルボン酸等が挙げられる。
本発明におけるアミノ基を有する化合物とは、アミノ基を一つ以上有する化合物である。具体的には、アミノ基を一つ有する化合物として、メチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、N,N-ジメチル-2-プロパンアミン、アニリン、トルイジン、2-アミノアントラセンなどをあげることができる。2つ以上のアミノ基を有する化合物としては、エチレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、1,4-ブタンジアミン、1,6-ヘキサメチレンジアミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキシルアミン、ピペラジン、2,5-ジメチルピペラジン、イソホロンジアミン、4,4’-シクロヘキシルメタンジアミン、ノルボルナンジアミン、ヒドラジン、ジエチレントリアミン、トリエチレントリアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、キシリレンジアミンなどをあげることができる。
本発明におけるカルボキシル基及びアミノ基を有する化合物とは、カルボキシル基とアミノ基を一つずつ以上有する化合物である。代表的にはアミノ酸が挙げられ、さらに水酸基を有しても構わない。具体的には、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスオアラギン酸、システイン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、アミノラク酸、テアニン、トリコロミン酸、カイニン酸等が挙げられる。
さらに水酸基を有する、カルボキシル基又はアミノ基を有する化合物とは、カルボキシル基またはアミノ基を有し、さらに水酸基を一つ以上有する化合物である。具体的には、グリコ-ル酸、グリセリン酸、ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシラク酸、リンゴ酸、2,3-ジヒドロキシブタン二酸、クエン酸、イソクエン酸、メバロン酸、バントイン酸、リシノ-ル酸、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、ヒドロキシフェニルプロパン酸、マンデル酸、ベンジル酸、ヒドロキシメチルアミン、ヒドロキシエチルアミン、ヒドロキシプロピルアミンなどが挙げられる。
本発明における水酸基価が100mgKOH/g以上である変性エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂のエポキシ基とカルボキシル基又はアミノ基を有する化合物のカルボキシル基又はアミノ基を反応させることで得ることができる。水酸基価が100mgKOH/gより少ない場合、セルロースとの親和性が低くなることから、セルロースナノファイバーへの解繊は進みにくいため、好ましくない。エポキシ基とカルボキシル基又はアミノ基の反応比は、水酸基価が100mgKOH/g以上生じ、かつ所望のエポキシ基量が残るように任意に設定すればよい。
本発明における反応性二重結合基を有する化合物とは反応性二重結合基を1個以上有する化合物のことをいう。反応性二重結合基とは、アニオン重合、カチオン重合、ラジカル重合などによって重合が可能な二重結合基のことをいい、反応性二重結合基として、ビニル基、アクリル基、メタクリル基、などがあげられる。
前記樹脂組成物には、本発明の効果が損なわれない範囲であれば、その用途に応じて従来公知の各種添加剤を含有しても良く、例えば、加水分解防止剤、着色剤、難燃剤、酸化防止剤、重合禁止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、離型剤、消泡剤、レベリング剤、光安定剤(例えば、ヒンダードアミン等)、酸化防止剤、無機フィラー、有機フィラー等をあげることができる。
本発明の樹脂組成物に係る成形体を成形する方法については、特に限定されないがFRP製、樹脂製、ガラス製等の成形型に流し込んで作成する方法や、刷毛、ローラー、こて、スプレーなどで塗布する方法が好ましい。
温度計、攪拌機、不活性ガス導入口、空気導入口及び環流冷却器を備えた1リットルの四つ口フラスコに数平均分子量1000のポリプロピレングリコール(以下PPGと略す)496gとトリレンジイソシアネート145gおよびイソホロンジイソシアネート33gを仕込み、窒素気流下80℃で4時間反応させた。NCO当量が600とほぼ理論当量値となったので、50℃まで冷却した。空気気流下、ハイドロキノン0.07gを加え、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(以下HEMAと略す)134gを加え、90度で5時間反応させた。NCO%が0.1%以下となった時点で、ターシャリーブチルカテコール0.07g添加し、数平均分子量1666のウレタンメタクリレート樹脂組成物1を得た。この樹脂組成物の水酸基価を測定したところ、1KOHmg/g未満であった。
末端水酸基価、酸価は、13C-NMRスペクトルにおける、末端構造およびエステル結合に由来する各ピークの面積比から求めた。測定装置は、日本電子製JNM-LA300を用い、試料の10質量%の重クロロホルム溶液に緩和試薬としてCr(acac)3 10mgを加え、ゲートデカップリング法による13C-NMRの定量測定を行なった。積算は4000回行なった。
窒素ガス導入管、還流コンデンサ、攪拌機を備えた2Lのガラス製フラスコにジエチレングリコール758.2部(7.14mol、仕込みモル比0.53)、アジピン酸652.6部(4.47mol、仕込みモル比0.33)、無水マレイン酸183.9部(1.88mol、仕込みモル比0.14)を仕込み、窒素気流下に、加熱を開始した。内温200℃にて、常法にて脱水縮合反応を行った。酸価が13KOHmg/gになったところで、直ちに150℃まで冷却し、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールを仕込み原料重量に対し100ppm添加した。さらに室温まで冷却しポリエステル系樹脂1を得た。合成例1と同様に、水酸基価を測定したところ78KOHmg/gであった。
合成例1で合成したウレタンメタクリレート樹脂組成物1を300gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を100gと、ターシャリーブチルカテコールを0.2gとを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。さらに、日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロック(登録商標)W-50GK」625gを投入し、60rpmで300分間加圧混練を行った。このようにしてセルロースの微細化処理を行い、セルロースナノファイバー含有樹脂組成物1を得た。このとき使用したセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して4.2質量部であった。
得られたセルロースナノファイバー含有組成物1を、セルロースが0.5量%の濃度となるようにアセトンに懸濁し、特殊機械工業(株)製TKホモミキサーA型を用いて15000rpm20分間分散処理を行い、一滴をガラス上に広げてアセトンを乾燥し、走査型電子顕微鏡にて10000倍の写真を10枚撮影した。写真の対角線上に直線を引き、直線に交差したセルロース繊維の繊維径を測定した。10枚すべての写真について同様の測定を行い、数平均繊維径を測定した。数平均繊維径が500nm未満である場合は、セルロースの微細化状態を○と判定し、500nm以上1000nm未満である場合は△、1000nm以上のときは×とした。以下、実施例2~5、比較例1~7についても同様に判定した。
株式会社ケット科学研究所製赤外線水分計FD-720を使用し、約5gのセルロースを110℃、自動停止モ-ドの条件で測定を行った。
以下、実施例2~5、比較例1~7についても同様に測定を行った。
東亞合成株式会社製アロニックス(登録商標)M-350(トリメチロールプロパンEO変性トリアクリレート:EO-TMPTAと略す)を300gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を100gと、ターシャリーブチルカテコールを0.2gとを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。さらに、日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロック(登録商標)W-50GK」630gを投入し、60rpmで300分間加圧混練を行った。このようにしてセルロースの微細化処理を行い、セルロースナノファイバー含有樹脂組成物2を得た。このとき使用したセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して5.0質量部であった。また、EO-TMPTAを合成例1に記載の水酸基価の測定法にて水酸基価を測定したところ、1KOHmg/g未満であった。
合成例1で合成したウレタンメタクリレート樹脂組成物1を220gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を80gと、ターシャリーブチルカテコール0.2gを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。さらに、日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロック(登録商標)W-50GK」736gを投入し、60rpmで300分間加圧混練を行った。このようにしてセルロースの微細化処理を行い、セルロースナノファイバー含有樹脂組成物3を得た。このとき使用したセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して5.2質量部であった。
合成例1で合成したウレタンメタクリレート樹脂組成物1を600gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を100gと、ターシャリーブチルカテコールを0.2gとを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。さらに、日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロック(登録商標)W-50GK」316gを投入し、60rpmで300分間加圧混練を行った。このようにしてセルロースの微細化処理を行い、セルロースナノファイバー含有樹脂組成物4を得た。このとき使用したセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して5.4質量部であった。
合成例1で合成したウレタンメタクリレート樹脂組成物1を300gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を100gと、ターシャリーブチルカテコール0.2gを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。その後、日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロック(登録商標)W-50GK」630gを投入した。このとき使用したセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して5.0質量部であった。さらに、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対し、水分量が25.0質量部となるように水を120g投入し、60rpmで300分間加圧混練を行った。このようにしてセルロースの微細化処理を行い、セルロースナノファイバー含有樹脂組成物5を得た。
合成例1で合成したウレタンメタクリレート樹脂組成物1を400gと、ターシャリーブチルカテコールを0.2gとを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。さらに、日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロック(登録商標)W-50GK」630gを投入し、60rpmで300分間加圧混練を行ってセルロースの微細化処理を行った。このとき使用したセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して5.0質量部であった。
EO-TMPTAを400gと、ターシャリーブチルカテコールを0.2gとを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。さらに、日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロック(登録商標)W-50GK」629gを投入し、60rpmで300分間加圧混練を行ってセルロースの微細化処理を行った。このとき使用したセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して4.9質量部であった。
日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロック(登録商標)W-50GK」を130℃の乾燥機で一晩乾燥した。この際のセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して3.2質量部であった。合成例1で合成したウレタンメタクリレート樹脂組成物1を300gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を100gと、ターシャリーブチルカテコールを0.2gとを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。さらに、乾燥した「KCフロック(登録商標)W-50GK」619gを投入し、60rpmで300分間加圧混練を行ってセルロースの微細化処理を行った。
合成例1で合成したウレタンメタクリレート樹脂組成物1を300gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を100gと、ターシャリーブチルカテコールを0.2gとを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。その後、日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロック(登録商標)W-50GK」630gを投入した。このとき使用したセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して5.0質量部であった。さらに、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対し、水分量が30.0質量部となるように水を150g投入し、60rpmで300分間加圧混練を行ってセルロースの微細化処理を行った。
合成例1で合成したウレタンメタクリレート樹脂組成物1を100gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を100gと、ターシャリーブチルカテコールを0.1gとを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。さらに、日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロック(登録商標)W-50GK」837gを投入し、60rpmで300分間加圧混練を行ってセルロースの微細化処理を行った。このとき使用したセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して4.6質量部であった。
合成例1で合成したウレタンメタクリレート樹脂組成物1を500gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を250gと、ターシャリーブチルカテコールを0.4gとを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。さらに、日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロック(登録商標)W-50GK」263gを投入し、60rpmで300分間加圧混練を行ってセルロースの微細化処理を行った。このとき使用したセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して5.2質量部であった。
合成例2で合成したポリエステル樹脂1を600gと、ターシャリーブチルカテコールを0.3gとを混合した後、森山製作所製加圧ニーダー(DS1-5GHH-H)に投入した。さらに、日本製紙株式会社製のセルロースパウダー製品「KCフロックW-50GK」420gを投入し、60rpmで300分間加圧混練を行ってセルロースの微細化処理を行った。このようにしてセルロースの微細化処理を行い、セルロースナノファイバー含有組成物6を得た。このとき使用したセルロースの水分量は、水分率を0%に換算したセルロース100質量部に対して5.1質量部であった。
実施例1で得られたセルロースナノファイバー含有樹脂組成物1の水分量を測定したところ、水分率を0%としたセルロースナノファイバー100質量部に対して4.3質量部であった。セルロースナノファイバー含有樹脂組成物1を8.55gと、ディオバー(登録商標)HTP-460(DIC株式会社製メタクリル樹脂)100.00gとを混合し、特殊機械工業(株)製TKオートホモディスパーにて1000rpmで5分間分散処理を行った。次に、6%ナフテン酸コバルト 0.5部、促進剤RP-191(DHM株式会社製)1部、50%BPO2部を加えて混合し、真空デシケ-タ-で脱泡した。型に注いで80℃で6時間加熱した後、厚み3mmの成形板を得た。この成形板から、JISK6251に規定する引張試験用ダンベル状試験体を作成した。
株式会社ケット科学研究所製赤外線水分計FD-720を使用し、約5gのサンプルを110℃、自動停止モ-ドの条件で測定を行った。
以下、実施例7及び8、比較例8についても同様に測定を行った。
実施例5で得られたセルロースナノファイバー含有樹脂組成物5の水分量を測定したところ、水分率を0%としたセルロースナノファイバー100質量部に対して22.8質量部であった。このセルロースナノファイバー含有樹脂組成物5を50℃の乾燥機で一晩乾燥を行った。乾燥後、セルロースナノファイバー含有樹脂組成物5の水分量を測定したところ、水分率を0%としたセルロースナノファイバー100質量部に対して5.5質量部であった。この乾燥したセルロースナノファイバー含有樹脂組成物5を8.61gと、ディオバーHTP-460を100.00gとを混合し、特殊機械工業(株)製TKオートホモディスパーにて1000rpmで5分間分散処理を行った。次に、6%ナフテン酸コバルト 0.5部、促進剤RP-191(DHM株式会社製)1部、50%BPO2部を加えて混合し、真空デシケーターで脱泡した。型に注いで80℃で6時間加熱した後、厚み3mmの成形板を得た。この成形板から、JISK6251に規定する引張試験用ダンベル状試験体を作成した。
実施例2で得られたセルロースナノファイバー含有樹脂組成物2の水分量を測定したところ、水分率を0%としたセルロースナノファイバー100質量部に対して4.8質量部であった。このセルロースナノファイバー含有樹脂組成物2を8.57gと、ディオバーHTP-460を100.00gとを混合し、特殊機械工業(株)製TKオートホモディスパーにて1000rpmで5分間分散処理を行った。次に、6%ナフテン酸コバルト 0.5部、促進剤RP-191 1部、50%BPO 2部を加えて混合し、真空デシケ-タ-で脱泡した。型に注いで80℃で6時間加熱した後、厚み3mmの成形板を得た。この成形板から、JISK6251に規定する引張試験用ダンベル状試験体を作成した。
比較例7で得られたセルロースナノファイバー含有組樹脂成物6の水分量を測定したところ、水分率を0%としたセルロースナノファイバー100質量部に対して4.4質量部であった。このセルロースナノファイバー含有樹脂組成物2を12.72gと、ディオバーHTP-460を100.00gとを混合し、特殊機械工業(株)製TKオートホモディスパーにて1000rpmで5分間分散処理を行った。次に、6%ナフテン酸コバルト 0.5部、促進剤RP-191 1部、50%BPO 2部を加えて混合し、真空デシケ-タ-で脱泡した。型に注いで80℃で6時間加熱した後、厚み3mmの成形板を得た。この成形板から、JISK6251に規定する引張試験用ダンベル状試験体を作成した。
ディオバーHTP-460を100.00gに、6%ナフテン酸コバルト 0.5部、促進剤RP-191 1部、50%BPO 2部を加えて混合し、真空デシケーターで脱泡した。型に注いで80℃で6時間加熱した後、厚み3mmの成形板を得た。この成形板から、JISK6251に規定する引張試験用ダンベル状試験体を作成した。
ディオバーHTP-460を100.00gと、合成例1で合成したウレタンメタクリレ-ト樹脂組成物1を2.5gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を0.83g混合し、特殊機械工業(株)製TKオートホモディスパーにて1000rpmで5分間分散処理を行った。次に、6%ナフテン酸コバルト 0.5部、促進剤RP-191 1部、50%BPO 2部を加えて混合し、真空デシケーターで脱泡した。型に注いで80℃で6時間加熱した後、厚み3mmの成形板を得た。この成形板から、JISK6251に規定する引張試験用ダンベル状試験体を作成した。
ディオバーHTP-460を100.00gと、EO-TMPTAを2.5gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を0.83gとを混合し、特殊機械工業(株)製TKオートホモディスパーにて1000rpmで5分間分散処理を行った。次に、6%ナフテン酸コバルト 0.5部、促進剤RP-191 1部、50%BPO 2部を加えて混合し、真空デシケーターで脱泡した。型に注いで80℃で6時間加熱した後、厚み3mmの成形板を得た。この成形板から、JISK6251に規定する引張試験用ダンベル状試験体を作成した。
ディオバーHTP-460を100.00gと、合成例2で合成したポリエステル樹脂1を7.5gとを混合し、特殊機械工業(株)製TKオートホモディスパーにて1000rpmで5分間分散処理を行った。次に、6%ナフテン酸コバルト 0.5部、促進剤RP-191 1部、50%BPO 2部を加えて混合し、真空デシケーターで脱泡した。型に注いで80℃で6時間加熱した後、厚み3mmの成形板を得た。この成形板から、JISK6251に規定する引張試験用ダンベル状試験体を作成した。
JISK6251に従い、試験速度50mm/minにて試験を行った。
試験体の表面を肉眼で観察し、解繊樹脂のブリードがあるかどうか判断した。ブリードが観察されないものは○、観察されるものは×とした。
Claims (5)
- セルロースナノファイバー含有樹脂組成物の製造方法であって、
反応性二重結合基を有し水酸基が10KOHmg/g以下の化合物と解繊樹脂とを必須成分とする混合物中でセルロースの微細化を行う際に、
該セルロースの水分率を0%に換算したときの該セルロース100質量部に対する水分量を4~25質量部とすることを特徴とするセルロースナノファイバー含有樹脂組成物の製造方法。 - 前記セルロースの水分率を0%に換算したときのセルロース100質量部に対して、
解繊樹脂が10質量部以上であり、かつ、
反応性二重結合基を有し水酸基が10KOHmg/g以下の化合物と解繊樹脂とを必須成分とする混合物が40質量部以上250質量部以下である請求項1に記載のセルロースナノファイバー含有樹脂組成物の製造方法。 - 更に反応性二重結合基を有する化合物にて希釈する工程を含む請求項1又は2に記載のセルロースナノファイバー含有樹脂組成物の製造方法。
- 更に重合開始剤を含有させる工程を含む請求項3に記載のセルロースナノファイバー含有樹脂組成物の製造方法。
- 請求項4に記載の製造方法により得られたセルロースナノファイバー含有樹脂組成物を成形してなることを特徴とする成形体。
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