JP2022128430A - Method for producing esterified cellulose nanofiber and resin composition - Google Patents
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Abstract
【課題】エステル化セルロースナノファイバーを用いながら、良好且つ安定した外観及び物性を有する成形体を形成し得る樹脂組成物を良好なプロセス効率で製造可能な、エステル化セルロースナノファイバー及び樹脂組成物の製造方法を提供する。
【解決手段】セルロースを含むパルプをエステル化してエステル化パルプを得る変性工程と、前記エステル化パルプを解繊及び精製してエステル化セルロースナノファイバーを生成する解繊精製工程と、を含む、エステル化セルロースナノファイバーの製造方法であって、前記エステル化パルプが、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含み、前記精製が、前記高DS成分の少なくとも一部の除去である、方法。
【選択図】なし
An object of the present invention is to provide an esterified cellulose nanofiber and a resin composition capable of producing a resin composition capable of forming a molded article having good and stable appearance and physical properties with good process efficiency while using the esterified cellulose nanofiber. A manufacturing method is provided.
An ester comprising a modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp, and a defibration and purification step of defibrating and purifying the esterified pulp to produce esterified cellulose nanofibers. In the method for producing cellulose nanofibers, the esterified pulp comprises a high DS component having a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a high DS component having a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5. and said purification is removal of at least a portion of said high DS component.
[Selection figure] None
Description
本発明は、エステル化セルロースナノファイバー及び樹脂組成物の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing an esterified cellulose nanofiber and a resin composition.
熱可塑性樹脂は、軽く、加工特性に優れるため、自動車部材、電気・電子部材、事務機器ハウジング、精密部品等の多方面に広く使用されているが、樹脂単体では、機械特性、寸法安定性等が不十分である場合が多いことから、樹脂と各種フィラーとをコンポジットしたものが一般的に用いられている。近年、このようなフィラーとして、セルロース繊維等の有機繊維を使用することが検討されている。セルロースは、環境への負荷が少ない素材であること、低比重であること、及び樹脂組成物に対して優れた物性向上効果を有し得ることから、環境調和型の樹脂組成物のフィラーとして有望である。特に、セルロースナノファイバーは、その微細構造に起因して少量でも樹脂組成物に対する優れた補強効果を示し得ることから、近年、樹脂組成物用のフィラーとしての利用が検討されている。しかし、セルロースナノファイバーはセルロース分子間の水素結合等によって極めて凝集しやすく、樹脂中への均一分散が必ずしも容易ではない。セルロースナノファイバーに優れた補強効果を発現させつつ、当該セルロースナノファイバーを樹脂中に良好に分散させるために、従来、セルロースナノファイバーを化学修飾により疎水化した後に樹脂と混合する技術が種々提案されている。 Thermoplastic resins are light and have excellent processing characteristics, so they are widely used in various fields such as automobile parts, electrical and electronic parts, office equipment housings, and precision parts. is often insufficient, composites of resins and various fillers are generally used. In recent years, the use of organic fibers such as cellulose fibers as such fillers has been studied. Cellulose is a material with low environmental load, has a low specific gravity, and can have an excellent property-improving effect for resin compositions, so it is promising as a filler for environmentally friendly resin compositions. is. In particular, cellulose nanofibers, due to their fine structure, can exhibit an excellent reinforcing effect on resin compositions even in a small amount, and thus their use as fillers for resin compositions has been studied in recent years. However, cellulose nanofibers are extremely prone to aggregation due to hydrogen bonding between cellulose molecules and the like, and uniform dispersion in resins is not always easy. In order to allow the cellulose nanofibers to be well dispersed in the resin while exhibiting an excellent reinforcing effect on the cellulose nanofibers, various techniques have conventionally been proposed in which the cellulose nanofibers are chemically modified to make them hydrophobic and then mixed with the resin. ing.
例えば、特許文献1は、化学修飾セルロースナノファイバー及び熱可塑性樹脂を含有する繊維強化樹脂組成物であって、熱可塑性樹脂の溶解パラメータに対する化学修飾セルロースナノファイバーの溶解パラメータの比率が0.87~1.88の範囲であり、化学修飾セルロースナノファイバーの結晶化度が42.7%以上である繊維強化樹脂組成物を記載する。 For example, Patent Document 1 discloses a fiber-reinforced resin composition containing chemically modified cellulose nanofibers and a thermoplastic resin, wherein the ratio of the solubility parameter of the chemically modified cellulose nanofibers to the solubility parameter of the thermoplastic resin is 0.87 to 1.88, and the chemically modified cellulose nanofibers have a crystallinity of 42.7% or more.
特許文献2は、アシル化修飾ミクロフィブリル化植物繊維、熱可塑性樹脂、及び相溶化剤を含有し、希釈用樹脂と混合して繊維強化樹脂組成物を製造するためのマスターバッチであって、アシル化修飾ミクロフィブリル化植物繊維の溶解パラメータが10以上であり、熱可塑性樹脂の溶解パラメータが9~15且つ希釈用樹脂の溶解パラメータ以上であり、相溶化剤の溶解パラメータがアシル化修飾ミクロフィブリル化植物繊維の溶解パラメータ以下であるマスターバッチを記載する。 Patent Document 2 discloses a masterbatch containing acylated modified microfibrillated plant fibers, a thermoplastic resin, and a compatibilizer, and mixed with a diluent resin to produce a fiber-reinforced resin composition, wherein the acyl The acylation-modified microfibrillated plant fiber has a solubility parameter of 10 or more, the thermoplastic resin has a solubility parameter of 9 to 15 and is equal to or greater than the solubility parameter of the diluent resin, and the compatibilizer has a solubility parameter of the acylation-modified microfibrillated microfibrillated A masterbatch is described that is below the solubility parameter of plant fibers.
通常、セルロースナノファイバーと樹脂とを混練する際には、セルロースナノファイバーの含水スラリーを脱水濃縮して固形分濃度を上昇させる。しかし、セルロースナノファイバーとしてエステル化セルロースナノファイバーを用いる場合、脱水濃縮に用いるフィルターの目詰まりが生じてプロセス効率が低下する場合があった。更に、エステル化セルロースナノファイバーを含む樹脂組成物及びこれを用いて形成された成形体においては、エステル化されていないセルロースナノファイバーを用いた場合とは異なる外観上及び/又は物性上の不測の不具合が生じる場合があった。 Normally, when kneading the cellulose nanofibers and the resin, the water-containing slurry of the cellulose nanofibers is dehydrated and concentrated to increase the solid content concentration. However, when esterified cellulose nanofibers are used as cellulose nanofibers, the filter used for dehydration and concentration may become clogged, resulting in a decrease in process efficiency. Furthermore, in the resin composition containing the esterified cellulose nanofibers and the molded article formed using the same, unexpected appearance and/or physical properties different from those in the case of using the unesterified cellulose nanofibers. There were occasional problems.
特許文献1及び2は、樹脂中にセルロースナノファイバー又はミクロフィブリル化植物繊維が良好に分散した樹脂組成物を得ようとするものであるが、エステル化セルロースナノファイバーを使用した場合に特有の不都合への着目はない。 Patent Documents 1 and 2 attempt to obtain a resin composition in which cellulose nanofibers or microfibrillated plant fibers are well dispersed in a resin, but there are inherent disadvantages when using esterified cellulose nanofibers. There is no focus on
本発明は上記課題を解決し、エステル化セルロースナノファイバーを用いながら、良好且つ安定した外観及び物性を有する成形体を形成し得る樹脂組成物を良好なプロセス効率で製造可能な、エステル化セルロースナノファイバー及び樹脂組成物の製造方法の提供を目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and enables production of a resin composition capable of forming a molded article having good and stable appearance and physical properties with good process efficiency while using esterified cellulose nanofibers. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing fibers and resin compositions.
本開示は以下の態様を包含する。
[1] セルロースを含むパルプをエステル化してエステル化パルプを得る変性工程と、
前記エステル化パルプを解繊及び精製してエステル化セルロースナノファイバーを生成する解繊精製工程と、
を含む、エステル化セルロースナノファイバーの製造方法であって、
前記エステル化パルプが、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含み、
前記精製が、前記高DS成分の少なくとも一部の除去である、方法。
[2] 前記高DS成分と前記低DS成分とのエステル化度(DS)の差が0.3以上である、上記態様1に記載の方法。
[3] 前記解繊精製工程において、前記精製を解繊前に行う、上記態様1又は2に記載の方法。
[4] 前記解繊精製工程において、前記精製を解繊中に行う、上記態様1又は2に記載の方法。
[5] 前記解繊精製工程において、前記精製を解繊後に行う、上記態様1又は2に記載の方法。
[6] 前記高DS成分を溶媒に溶解させて除去することによって前記精製を行う、上記態様1~5のいずれかに記載の方法。
[7] 前記溶解後、濾過により前記高DS成分を除去する、上記態様6に記載の方法。
[8] 前記溶媒が、ケトン、エステル、含窒素化合物、含硫黄化合物、エーテル、及びハロゲン化炭化水素からなる群から選択される1種以上を含む、上記態様6又は7に記載の方法。
[9] 前記高DS成分と前記低DS成分とを分離する分離溶媒を用いて前記精製を行う、上記態様1~5のいずれかに記載の方法。
[10] 前記高DS成分を前記分離溶媒とともに除去する、上記態様9に記載の方法。
[11] 前記高DS成分を前記分離溶媒中に分散させて分散粒子を形成し、次いで前記分散粒子と前記分離溶媒とをフィルターで濾過して前記分散粒子を前記フィルターにトラップして除去することによって前記精製を行う、上記態様9に記載の方法。
[12] 前記分離溶媒が、水及びアルコールからなる群から選択される1種以上を含む、上記態様9~11のいずれかに記載の方法。
[13] 前記エステル化パルプのエステル化度(DS)が、1.0超2.0以下である、上記態様1~12のいずれかに記載の方法。
[14] 前記エステル化セルロースナノファイバーのエステル化度(DS)が、0.3以上1.2以下である、上記態様1~13のいずれかに記載の方法。
[15] 前記パルプが、コットンリンター由来パルプである、上記態様1~14のいずれかに記載の方法。
[16] 前記エステル化を、ジメチルスルホキシド(DMSO)中で行う、上記態様1~15のいずれかに記載の方法。
[17] 前記エステル化のためのエステル化剤としてカルボン酸ビニルエステルを用いる、上記態様1~16のいずれかに記載の方法。
[18] 前記エステル化が、アセチル化である、上記態様1~17のいずれかに記載の方法。
[19] 前記精製によって除去された高DS成分が、セルロースI型の結晶化度が50%未満であるアセチル化多糖類を含む、上記態様1~18のいずれかに記載の方法。
[20] セルロースを含むパルプをエステル化してエステル化パルプを得る変性工程と、
前記エステル化パルプを精製する精製工程と、
前記精製後のエステル化パルプを樹脂と混合するとともに解繊して、エステル化セルロースナノファイバーと樹脂とを含む樹脂組成物を生成する、解繊混合工程と、
を含む、樹脂組成物の製造方法であって、
前記エステル化パルプが、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含み、
前記精製が前記高DS成分の少なくとも一部の除去である、方法。
[21] セルロースを含むパルプをエステル化してエステル化パルプを得る変性工程と、
前記エステル化パルプを樹脂と混合するとともに解繊して、エステル化セルロースナノファイバーと樹脂とを含む樹脂組成物を生成する、解繊混合工程と、
を含む、樹脂組成物の製造方法であって、
前記エステル化パルプが、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含み、
前記解繊混合工程において、前記高DS成分の少なくとも一部を前記エステル化パルプから樹脂相中に移行させる、方法。
[22] セルロースを含むパルプをエステル化してエステル化パルプを得る変性工程と、
前記エステル化パルプを精製する精製工程と、
前記精製後のエステル化パルプを解繊してエステル化セルロースナノファイバーを生成する解繊工程と、
前記解繊工程で得た前記エステル化セルロースナノファイバーと樹脂とを混合して樹脂組成物を生成する混合工程と、
を含む、樹脂組成物の製造方法であって、
前記エステル化パルプが、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含み、
前記精製が前記高DS成分の少なくとも一部の除去である、方法。
The present disclosure includes the following aspects.
[1] A modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp;
a defibration and purification step of defibrating and purifying the esterified pulp to produce esterified cellulose nanofibers;
A method for producing an esterified cellulose nanofiber comprising
The esterified pulp contains a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5,
A method, wherein said purification is removal of at least a portion of said high DS component.
[2] The method according to aspect 1, wherein the difference in the degree of esterification (DS) between the high DS component and the low DS component is 0.3 or more.
[3] The method according to aspect 1 or 2 above, wherein in the defibration and purification step, the purification is performed before defibration.
[4] The method according to aspect 1 or 2 above, wherein in the defibration and purification step, the purification is performed during fibrillation.
[5] The method according to aspect 1 or 2 above, wherein in the defibration and purification step, the purification is performed after fibrillation.
[6] The method according to any one of aspects 1 to 5 above, wherein the purification is performed by dissolving and removing the high DS component in a solvent.
[7] The method according to aspect 6, wherein the high DS component is removed by filtration after the dissolution.
[8] The method according to aspect 6 or 7, wherein the solvent contains one or more selected from the group consisting of ketones, esters, nitrogen-containing compounds, sulfur-containing compounds, ethers, and halogenated hydrocarbons.
[9] The method according to any one of the above aspects 1 to 5, wherein the purification is performed using a separation solvent that separates the high DS component and the low DS component.
[10] The method according to aspect 9, wherein the high DS component is removed together with the separation solvent.
[11] Dispersing the high DS component in the separation solvent to form dispersed particles, and then filtering the dispersed particles and the separation solvent through a filter to trap and remove the dispersed particles in the filter. 10. The method of aspect 9 above, wherein said purification is performed by
[12] The method according to any one of aspects 9 to 11 above, wherein the separation solvent contains one or more selected from the group consisting of water and alcohol.
[13] The method according to any one of the above aspects 1 to 12, wherein the esterified pulp has a degree of esterification (DS) of more than 1.0 and not more than 2.0.
[14] The method according to any one of aspects 1 to 13, wherein the esterified cellulose nanofiber has a degree of esterification (DS) of 0.3 or more and 1.2 or less.
[15] The method according to any one of the above aspects 1 to 14, wherein the pulp is cotton linter-derived pulp.
[16] The method according to any one of the above aspects 1 to 15, wherein the esterification is performed in dimethylsulfoxide (DMSO).
[17] The method according to any one of the above aspects 1 to 16, wherein a carboxylic acid vinyl ester is used as an esterifying agent for the esterification.
[18] The method according to any one of the above aspects 1 to 17, wherein the esterification is acetylation.
[19] The method according to any one of the above aspects 1 to 18, wherein the high DS component removed by the purification comprises an acetylated polysaccharide having a cellulose type I crystallinity of less than 50%.
[20] a modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp;
a refining step of refining the esterified pulp;
A defibration and mixing step of mixing the purified esterified pulp with a resin and defibrating it to produce a resin composition containing the esterified cellulose nanofibers and the resin;
A method for producing a resin composition comprising
The esterified pulp contains a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5,
A method, wherein said purification is removal of at least a portion of said high DS component.
[21] a modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp;
A defibration and mixing step of mixing the esterified pulp with a resin and defibrating it to produce a resin composition containing the esterified cellulose nanofibers and the resin;
A method for producing a resin composition comprising
The esterified pulp contains a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5,
A method, wherein at least part of the high DS component is transferred from the esterified pulp into a resin phase in the defibration and mixing step.
[22] a modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp;
a refining step of refining the esterified pulp;
A defibration step of defibrating the purified esterified pulp to generate esterified cellulose nanofibers;
a mixing step of mixing the esterified cellulose nanofibers obtained in the fibrillation step and a resin to produce a resin composition;
A method for producing a resin composition comprising
The esterified pulp contains a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5,
A method, wherein said purification is removal of at least a portion of said high DS component.
本発明の一態様によれば、エステル化セルロースナノファイバーを用いながら、良好且つ安定した外観及び物性を有する成形体を形成し得る樹脂組成物を良好なプロセス効率で製造可能な、エステル化セルロースナノファイバー及び樹脂組成物の製造方法が提供され得る。 According to one aspect of the present invention, esterified cellulose nanofibers can be used to produce a resin composition capable of forming a molded article having good and stable appearance and physical properties with good process efficiency. Methods of making fibers and resin compositions can be provided.
以下、本発明の例示の実施の形態(以下、「本実施形態」と略記する。)について説明するが、本発明はこれら実施形態に何ら限定されない。なお本開示の特性値は、特記がない限り、本開示の[実施例]の項に記載される方法又はこれと同等であることが当業者に理解される方法で測定される値である。 Illustrative embodiments of the present invention (hereinafter abbreviated as "present embodiments") will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments. Unless otherwise specified, the characteristic values of the present disclosure are values measured by the method described in the [Examples] section of the present disclosure or a method understood to be equivalent thereto by those skilled in the art.
≪エステル化セルロースナノファイバーの製造方法≫
本発明の一態様は、エステル化セルロースナノファイバーの製造方法を提供する。一態様において、当該方法は、セルロースを含むパルプをエステル化してエステル化パルプを得る変性工程と、エステル化パルプを解繊及び精製してエステル化セルロースナノファイバーを生成する解繊精製工程とを含む。一態様において、エステル化パルプは、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含み、精製は、当該高DS成分の少なくとも一部の除去である。
<<Method for producing esterified cellulose nanofiber>>
One aspect of the present invention provides a method for producing esterified cellulose nanofibers. In one aspect, the method includes a modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp, and a defibration and purification step of defibrating and purifying the esterified pulp to produce esterified cellulose nanofibers. . In one embodiment, the esterified pulp contains a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5, and is purified is the removal of at least part of the high DS component.
エステル化パルプ中の高DS成分及び低DS成分の存在は、高DS成分のみを溶解する溶剤(一態様において、ジメチルスルホキシド(DMSO))で抽出し、低DS成分と分離する方法によって確認される。一態様において、高DS成分は溶媒可溶性であり、セルロースの結晶化度(一態様においてセルロースI型の結晶化度)が低く、又はアモルファス状態となっているが、低DS成分は汎用の有機溶媒のほとんどに不溶性であり、セルロースの結晶化度(一態様においてセルロースI型の結晶化度)が高い保持率で維持され、パルプと同様の繊維形状を有する。本実施形態の方法においては、精製によって、高DS成分の一部又は全部が除去されてよい。一態様においては、エステル化パルプ中の高DS成分含有率が精製前と比べて精製後で減少していること、又は精製で除去された成分(本開示で、精製除去物ともいう。)中に高DS成分が含まれていることによって、エステル化パルプから高DS成分の少なくとも一部が除去されたことを確認できる。 The presence of a high DS component and a low DS component in the esterified pulp is confirmed by a method of extracting with a solvent that dissolves only the high DS component (in one embodiment, dimethylsulfoxide (DMSO)) and separating the low DS component. . In one aspect, the high DS component is solvent-soluble, and the crystallinity of cellulose (in one aspect, the crystallinity of cellulose type I) is low or in an amorphous state, but the low DS component is in a general-purpose organic solvent. , the crystallinity of cellulose (in one aspect, the crystallinity of cellulose type I) is maintained at a high retention rate, and has a fiber shape similar to that of pulp. In the method of this embodiment, purification may remove some or all of the high DS components. In one aspect, the content of high DS components in the esterified pulp is reduced after refining compared to before refining, or contains the high DS component, it can be confirmed that at least a portion of the high DS component has been removed from the esterified pulp.
エステル化セルロースナノファイバーは、セルロース分子が疎水化されていることによってセルロースナノファイバー同士の凝集が比較的生じ難いため、樹脂中に良好に分散して樹脂組成物及び成形体に対して比較的良好な補強効果を示す。しかし、エステル化セルロースナノファイバーを用いて樹脂組成物及び成形体を製造する際には、前述のように、フィルターの目詰まりによるプロセス効率低下、並びに、成形体における外観上及び/又は物性上の不具合が生じる場合があった。 Esterified cellulose nanofibers are relatively resistant to agglomeration of cellulose nanofibers due to hydrophobization of cellulose molecules. shows a strong reinforcing effect. However, when producing a resin composition and a molded article using esterified cellulose nanofibers, as described above, the process efficiency is lowered due to clogging of the filter, and the appearance and/or physical properties of the molded article are affected. There were occasional problems.
本発明者らは、エステル化セルロースナノファイバーの製造時に生じている何らかの不所望成分が、フィルター目詰まり、並びに成形体の物性低下及び外観不良の一因であることに着目して更に検討し、当該不所望成分が、エステル化セルロースナノファイバー中の過度にエステル化された部分であること、具体的にはエステル化度(DS)が1.5以上である部分(本開示で、高DS成分ともいう。)であることを見出した。このような高DS成分は、結晶化度が小さい傾向があること等によって成形体に対する補強効果が小さい一方、エステル化セルロースナノファイバーのスラリーから析出してフィルター目詰まりを生じさせ、成形体中でブリードアウトしたり樹脂の可塑剤として働くことで当該成形体の物性を低下させ、更に、その一部が分解してシルバーストリーク、ブラックストリーク等の外観不良を引き起こす等の不都合を招来すると考えられる。加えて、高DS成分は、エステル化セルロースナノファイバー同士を凝集させ易く、樹脂中でのエステル化セルロースナノファイバーの分散性低下をもたらすと考えられる。 The present inventors focused on the fact that some undesired components generated during the production of esterified cellulose nanofibers contribute to filter clogging, deterioration of the physical properties of molded articles, and poor appearance, and made further studies. The undesirable component is an excessively esterified portion in the esterified cellulose nanofiber, specifically a portion having a degree of esterification (DS) of 1.5 or more (in the present disclosure, a high DS component Also called.). Such a high DS component tends to have a low degree of crystallinity, and thus has a small reinforcing effect on the molded body. It is thought that they bleed out or act as a plasticizer for the resin, thereby degrading the physical properties of the molded product, and furthermore, partly decomposing to cause problems such as appearance defects such as silver streaks and black streaks. In addition, the high DS component tends to cause the esterified cellulose nanofibers to aggregate, and is thought to reduce the dispersibility of the esterified cellulose nanofibers in the resin.
本実施形態の方法は、このような高DS成分を除去することによって、エステル化セルロースナノファイバー製造時のフィルター目詰まり等の問題を回避し、更に、成形体に良好な物性及び外観を付与し得る。
以下、本実施形態のエステル化セルロースナノファイバーの製造方法の各工程について説明する。
By removing such a high DS component, the method of the present embodiment avoids problems such as filter clogging during production of esterified cellulose nanofibers, and further imparts good physical properties and appearance to the molded product. obtain.
Each step of the method for producing an esterified cellulose nanofiber according to the present embodiment will be described below.
<変性工程>
本工程では、セルロースを含むパルプをエステル化してエステル化パルプを得る。パルプとしては、木材種(広葉樹又は針葉樹)から得られる木材パルプ、非木材種(竹、麻系繊維、バガス、ケナフ、リンター等)から得られる非木材パルプ、及びこれらの精製パルプ(精製リンター等)等が使用できる。非木材パルプとしては、コットンリンターパルプを含むコットン由来パルプ、麻由来パルプ、バガス由来パルプ、ケナフ由来パルプ、竹由来パルプ、ワラ由来パルプ等を使用できる。コットン由来パルプ、麻由来パルプ、バガス由来パルプ、ケナフ由来パルプ、竹由来パルプ、及びワラ由来パルプは各々、コットンリント、コットンリンター、麻系のアバカ(例えば、エクアドル産又はフィリピン産のもの)、ザイサル、バガス、ケナフ、竹、ワラ等の原料から、蒸解処理による脱リグニン等の精製工程、漂白工程等を経て得られる精製パルプであってよい。パルプは、結晶化度が高く、機械特性に優れるエステル化セルロースナノファイバーを生成できる点で、好ましくはコットンリンター由来パルプである。
<Degeneration step>
In this step, a pulp containing cellulose is esterified to obtain an esterified pulp. Pulp includes wood pulp obtained from wood species (hardwood or softwood), non-wood pulp obtained from non-wood species (bamboo, hemp fiber, bagasse, kenaf, linter, etc.), and purified pulp of these (purified linter, etc.) ) can be used. As the non-wood pulp, cotton-derived pulp including cotton linter pulp, hemp-derived pulp, bagasse-derived pulp, kenaf-derived pulp, bamboo-derived pulp, straw-derived pulp, and the like can be used. Cotton-derived pulp, hemp-derived pulp, bagasse-derived pulp, kenaf-derived pulp, bamboo-derived pulp, and straw-derived pulp are cotton lints, cotton linters, hemp-based abaca (e.g., from Ecuador or the Philippines), zeisal, respectively. , bagasse, kenaf, bamboo, straw, etc., through a refining process such as delignification by digestion, a bleaching process, and the like. The pulp is preferably cotton linter-derived pulp, since it has a high degree of crystallinity and can produce esterified cellulose nanofibers with excellent mechanical properties.
エステル化は、エステル化剤の存在下、溶媒中で行ってよい。エステル化で用いる溶媒(本開示で、エステル化溶媒ともいう。)としては、非プロトン性溶媒、例えば、アルキルスルホキシド類、アルキルアミド類、ピロリドン類等を、単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。 Esterification may be carried out in a solvent in the presence of an esterifying agent. As the solvent used in the esterification (also referred to as an esterification solvent in the present disclosure), aprotic solvents such as alkylsulfoxides, alkylamides, pyrrolidones, etc. can be used alone or in combination of two or more. .
アルキルスルホキシド類としては、例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、メチルエチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのジC1-4アルキルスルホキシドなどが挙げられる。 Examples of alkylsulfoxides include di-C1-4 alkylsulfoxides such as dimethylsulfoxide (DMSO), methylethylsulfoxide and diethylsulfoxide.
アルキルアミド類としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジエチルホルムアミドなどのN,N-ジC1-4アルキルホルムアミド;N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N,N-ジエチルアセトアミドなどのN,N-ジC1-4アルキルアセトアミドなどが挙げられる。 Examples of alkylamides include N,N-dimethylformamide (DMF), N,N-diC1-4 alkylformamide such as N,N-diethylformamide; N,N-dimethylacetamide (DMAc), N,N -N,N-diC1-4 alkylacetamides such as diethylacetamide.
ピロリドン類としては、例えば、2-ピロリドン、3-ピロリドンなどのピロリドン;N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などのN-C1-4アルキルピロリドンなどが挙げられる。 Examples of pyrrolidones include pyrrolidones such as 2-pyrrolidone and 3-pyrrolidone; N—C1-4 alkylpyrrolidones such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).
エステル化溶媒としては、良好なエステル化効率を得る観点から、ジメチルスルホキシド(DMSO)が特に好ましい。 As the esterification solvent, dimethylsulfoxide (DMSO) is particularly preferable from the viewpoint of obtaining good esterification efficiency.
エステル化剤としては、酸ハロゲン化物、酸無水物、及びカルボン酸ビニルエステルが好ましく、エステル化効率の観点からカルボン酸ビニルエステルが特に好ましい。特に好ましい態様において、エステル化はアセチル化である。 Acid halides, acid anhydrides and carboxylic acid vinyl esters are preferred as the esterifying agent, and carboxylic acid vinyl esters are particularly preferred from the viewpoint of esterification efficiency. In a particularly preferred embodiment the esterification is acetylation.
酸ハロゲン化物は、下記式で表される化合物からなる群より選択された少なくとも1種であってよい。
R1-C(=O)-X
(式中、R1は炭素数1~24のアルキル基、炭素数2~24のアルケニル基、炭素数3~24のシクロアルキル基、又は炭素数6~24のアリール基を表し、XはCl、Br又はIである。)
酸ハロゲン化物の具体例としては、塩化アセチル、臭化アセチル、ヨウ化アセチル、塩化プロピオニル、臭化プロピオニル、ヨウ化プロピオニル、塩化ブチリル、臭化ブチリル、ヨウ化ブチリル、塩化ベンゾイル、臭化ベンゾイル、ヨウ化ベンゾイル等が挙げられるが、これらに限定されない。中でも、酸塩化物は反応性と取り扱い性の点から好適に採用できる。尚、酸ハロゲン化物の反応においては、触媒として働くと同時に副生物である酸性物質を中和する目的で、アルカリ性化合物を1種又は2種以上添加してもよい。アルカリ性化合物としては、具体的には:トリエチルアミン、トリメチルアミン等の3級アミン化合物;及びピリジン、ジメチルアミノピリジン等の含窒素芳香族化合物;が挙げられるが、これに限定されない。
The acid halide may be at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas.
R 1 -C(=O)-X
(wherein R 1 represents an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 24 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 24 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 24 carbon atoms, and X represents Cl , Br or I.)
Specific examples of acid halides include acetyl chloride, acetyl bromide, acetyl iodide, propionyl chloride, propionyl bromide, propionyl iodide, butyryl chloride, butyryl bromide, butyryl iodide, benzoyl chloride, benzoyl bromide, iodine Examples include, but are not limited to, benzoyl chloride and the like. Among them, acid chlorides can be preferably used from the viewpoint of reactivity and handleability. In addition, in the reaction of the acid halide, one or more alkaline compounds may be added for the purpose of acting as a catalyst and at the same time neutralizing the by-product acidic substances. Specific examples of alkaline compounds include, but are not limited to: tertiary amine compounds such as triethylamine and trimethylamine; and nitrogen-containing aromatic compounds such as pyridine and dimethylaminopyridine.
酸無水物としては、任意の適切な酸無水物類を用いることができる。例えば、
酢酸、プロピオン酸、(イソ)酪酸、吉草酸等の飽和脂肪族モノカルボン酸無水物;(メタ)アクリル酸、オレイン酸等の不飽和脂肪族モノカルボン酸無水物;
シクロヘキサンカルボン酸、テトラヒドロ安息香酸等の脂環族モノカルボン酸無水物;
安息香酸、4-メチル安息香酸等の芳香族モノカルボン酸無水物;
二塩基カルボン酸無水物として、例えば、無水コハク酸、アジピン酸等の無水飽和脂肪族ジカルボン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の無水不飽和脂肪族ジカルボン酸無水物、無水1-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸等の無水脂環族ジカルボン酸、及び、無水フタル酸、無水ナフタル酸等の無水芳香族ジカルボン酸無水物等;
3塩基以上の多塩基カルボン酸無水物類として、例えば、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の(無水)ポリカルボン酸等が挙げられる。
尚、酸無水物の反応においては、触媒として、硫酸、塩酸、燐酸等の酸性化合物、又はルイス酸、(例えば、MYnで表されるルイス酸化合物であって、MはB、As,Ge等の半金属元素、又はAl、Bi、In等の卑金属元素、又はTi、Zn、Cu等の遷移金属元素、又はランタノイド元素を表し、nはMの原子価に相当する整数であり、2又は3を表し、Yはハロゲン原子、OAc、OCOCF3、ClO4、SbF6、PF6又はOSO2CF3(OTf)を表す。)、又はトリエチルアミン、ピリジン等のアルカリ性化合物を1種又は2種以上添加してもよい。
Any appropriate acid anhydrides can be used as the acid anhydride. for example,
Saturated aliphatic monocarboxylic acid anhydrides such as acetic acid, propionic acid, (iso)butyric acid, and valeric acid; (meth)acrylic acid, unsaturated aliphatic monocarboxylic acid anhydrides such as oleic acid;
Alicyclic monocarboxylic acid anhydrides such as cyclohexanecarboxylic acid and tetrahydrobenzoic acid;
Aromatic monocarboxylic acid anhydrides such as benzoic acid and 4-methylbenzoic acid;
Examples of dibasic carboxylic anhydrides include saturated aliphatic dicarboxylic anhydrides such as succinic anhydride and adipic acid, unsaturated aliphatic dicarboxylic anhydrides such as maleic anhydride and itaconic anhydride, and 1-cyclohexene-1 anhydride. , 2-dicarboxylic acid, hexahydrophthalic anhydride, alicyclic dicarboxylic anhydrides such as methyltetrahydrophthalic anhydride, and aromatic dicarboxylic anhydrides such as phthalic anhydride and naphthalic anhydride;
Examples of polybasic carboxylic acid anhydrides having 3 or more bases include (anhydrous) polycarboxylic acids such as trimellitic anhydride and pyromellitic anhydride.
In the acid anhydride reaction, an acidic compound such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, etc., or a Lewis acid (for example, a Lewis acid compound represented by MYn, where M is B, As, Ge, etc.) is used as a catalyst. or a base metal element such as Al, Bi, In, or a transition metal element such as Ti, Zn, Cu, or a lanthanoid element, n is an integer corresponding to the valence of M, 2 or 3 and Y represents a halogen atom, OAc, OCOCF 3 , ClO 4 , SbF 6 , PF 6 or OSO 2 CF 3 (OTf).), or adding one or more of an alkaline compound such as triethylamine or pyridine You may
カルボン酸ビニルエステルとしては、下記式:
R-COO-CH=CH2
{式中、Rは、炭素数1~24のアルキル基、炭素数2~24のアルケニル基、炭素数3~16のシクロアルキル基、又は炭素数6~24のアリール基のいずれかである。}で表されるカルボン酸ビニルエステルが好ましい。カルボン酸ビニルエステルは、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、オクチル酸ビニルアジピン酸ジビニル、メタクリル酸ビニル、クロトン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、オクチル酸ビニル、安息香酸ビニル、及び桂皮酸ビニルからなる群より選択された少なくとも1種であることがより好ましい。カルボン酸ビニルエステルによるエステル化反応のとき、触媒として、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、1~3級アミン、4級アンモニウム塩、イミダゾール及びその誘導体、ピリジン及びその誘導体、並びにアルコキシドからなる群より選ばれる1種又は2種以上を添加してもよい。
As the carboxylic acid vinyl ester, the following formula:
R-COO-CH= CH2
{In the formula, R is an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 24 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 16 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 24 carbon atoms. } is preferred. Carboxylic acid vinyl esters include vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl caproate, vinyl cyclohexanecarboxylate, vinyl caprylate, vinyl caprate, vinyl laurate, vinyl myristate, vinyl palmitate, vinyl stearate, pivaline It is more preferably at least one selected from the group consisting of vinyl acid, vinyl octylate, divinyl adipate, vinyl methacrylate, vinyl crotonate, vinyl pivalate, vinyl octylate, vinyl benzoate, and vinyl cinnamate. . For the esterification reaction with a carboxylic acid vinyl ester, alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, alkali metal carbonates, alkaline earth metal carbonates, alkali metal hydrogencarbonates, primary to tertiary grades are used as catalysts. One or more selected from the group consisting of amines, quaternary ammonium salts, imidazole and its derivatives, pyridine and its derivatives, and alkoxides may be added.
アルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等が挙げられる。 アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素セシウム等が挙げられる。 Alkali metal hydroxides and alkaline earth metal hydroxides include sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide and the like. Alkali metal carbonates, alkaline earth metal carbonates and alkali metal hydrogen carbonates include lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, barium carbonate, lithium hydrogen carbonate, sodium hydrogen carbonate, carbonate Examples include potassium hydrogen and cesium hydrogen carbonate.
1~3級アミンとは、1級アミン、2級アミン、及び3級アミンのことであり、具体例としては、エチレンジアミン、ジエチルアミン、プロリン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチル-1,3-プロパンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチル-1,6-ヘキサンジアミン、トリス(3-ジメチルアミノプロピル)アミン、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン、トリエチルアミン等が挙げられる。 Primary to tertiary amines are primary amines, secondary amines, and tertiary amines, and specific examples include ethylenediamine, diethylamine, proline, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, N,N,N',N'-tetramethyl-1,3-propanediamine, N,N,N',N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine, tris(3-dimethylaminopropyl)amine, Examples include N,N-dimethylcyclohexylamine and triethylamine.
イミダゾール及びその誘導体としては、1-メチルイミダゾール、3-アミノプロピルイミダゾール、カルボニルジイミダゾール等が挙げられる。 Imidazole and its derivatives include 1-methylimidazole, 3-aminopropylimidazole, carbonyldiimidazole and the like.
ピリジン及びその誘導体としては、N,N-ジメチル-4-アミノピリジン、ピコリン等が挙げられる。 Pyridine and its derivatives include N,N-dimethyl-4-aminopyridine, picoline and the like.
アルコキシドとしては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウム-t-ブトキシド等が挙げられる。 Alkoxides include sodium methoxide, sodium ethoxide, potassium-t-butoxide and the like.
カルボン酸としては、下記式で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。
R-COOH
(式中、Rは、炭素数1~16のアルキル基、炭素数2~16のアルケニル基、炭素数3~16のシクロアルキル基、又は炭素数6~16のアリール基を表す。)
Examples of carboxylic acids include at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas.
R-COOH
(Wherein, R represents an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 16 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 16 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 16 carbon atoms.)
カルボン酸の具体例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロン酸、シクロヘキサンカルボン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ピバリン酸、メタクリル酸、クロトン酸、ピバリン酸、オクチル酸、安息香酸、及び桂皮酸からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。 Specific examples of carboxylic acids include acetic acid, propionic acid, butyric acid, caproic acid, cyclohexanecarboxylic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, pivalic acid, methacrylic acid, crotonic acid, and pivaline. At least one selected from the group consisting of acid, octylic acid, benzoic acid, and cinnamic acid is included.
これらカルボン酸の中でも、酢酸、プロピオン酸、及び酪酸からなる群から選択される少なくとも一種、特に酢酸が、反応効率の観点から好ましい。
尚、カルボン酸の反応においては、触媒として、硫酸、塩酸、燐酸等の酸性化合物、又はルイス酸、(例えば、MYnで表されるルイス酸化合物であって、MはB、As,Ge等の半金属元素、又はAl、Bi、In等の卑金属元素、又はTi、Zn、Cu等の遷移金属元素、又はランタノイド元素を表し、nはMの原子価に相当する整数であり、2又は3を表し、Yはハロゲン原子、OAc、OCOCF3、ClO4、SbF6、PF6又はOSO2CF3(OTf)を表す。)、又はトリエチルアミン、ピリジン等のアルカリ性化合物を1種又は2種以上添加してもよい。
Among these carboxylic acids, at least one selected from the group consisting of acetic acid, propionic acid, and butyric acid, particularly acetic acid, is preferable from the viewpoint of reaction efficiency.
In the carboxylic acid reaction, the catalyst used is an acidic compound such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, or a Lewis acid (for example, a Lewis acid compound represented by MYn, where M is B, As, Ge, etc.). represents a metalloid element, or a base metal element such as Al, Bi, In, or a transition metal element such as Ti, Zn, Cu, or a lanthanoid element, n is an integer corresponding to the valence of M, and 2 or 3 and Y represents a halogen atom, OAc, OCOCF3 , ClO4 , SbF6 , PF6 or OSO2CF3 ( OTf)), or one or more of an alkaline compound such as triethylamine or pyridine may
これらエステル化剤の中でも、特に、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、及び酢酸からなる群から選択された少なくとも一種、中でも無水酢酸及び酢酸ビニルが、反応効率の観点から好ましい。 Among these esterifying agents, in particular, at least one selected from the group consisting of acetic anhydride, propionic anhydride, butyric anhydride, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, and acetic acid, especially acetic anhydride and vinyl acetate, reacts It is preferable from the viewpoint of efficiency.
エステル化工程で生成するエステル化パルプは、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分(すなわち、本実施形態の方法で除去すべき成分)と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含む。高DS成分のエステル化度(DS)は、当該高DS成分の除去による効果を良好に得る観点から、一態様において、1.5以上、又は1.6以上、又は1.7以上であり、一態様において、3以下、又は2.9以下、又は2.8以下である。また低DS成分のエステル化度(DS)は、樹脂への分散性、耐熱性(すなわち、高い熱分解開始温度)等に優れるエステル化セルロースナノファイバーを得る観点から、一態様において、0.2以上、又は0.3以上、又は0.4以上、又は0.5以上、又は0.6以上であり、セルロース本来の良好な機械特性(特に、引張強度、寸法安定性等)を有するエステル化セルロースナノファイバーを得る観点から、一態様において、1.5未満、又は1.4以下、又は1.3以下、又は1.2以下、又は1.1以下、又は1.0以下である。 The esterified pulp produced in the esterification step includes a high DS component having a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less (that is, a component to be removed by the method of the present embodiment) and a degree of esterification (DS) of 0 .2 or more and less than 1.5 low DS components. In one aspect, the degree of esterification (DS) of the high DS component is 1.5 or more, or 1.6 or more, or 1.7 or more, from the viewpoint of obtaining the effect of removing the high DS component satisfactorily, In one aspect, it is 3 or less, or 2.9 or less, or 2.8 or less. In one aspect, the degree of esterification (DS) of the low DS component is 0.2 from the viewpoint of obtaining esterified cellulose nanofibers that are excellent in resin dispersibility, heat resistance (that is, high thermal decomposition initiation temperature), etc. or more, or 0.3 or more, or 0.4 or more, or 0.5 or more, or 0.6 or more, and has good mechanical properties inherent to cellulose (especially tensile strength, dimensional stability, etc.). From the viewpoint of obtaining cellulose nanofibers, in one aspect, it is less than 1.5, or 1.4 or less, or 1.3 or less, or 1.2 or less, or 1.1 or less, or 1.0 or less.
エステル化パルプの高DS成分と低DS成分とのDS値の差は、高DS成分と低DS成分との分離性が良好であることによって収率及び除去効率が良好である点で、好ましくは0.3以上、又は0.4以上、又は0.5以上、又は0.6以上、又は0.7以上、又は0.8以上である。上記差は、低DS成分のDSを所望の程度得る観点から、例えば、2.5以下、又は2.0以下、又は1.5以下であってよい。 The difference in DS value between the high DS component and the low DS component of the esterified pulp is preferably 0.3 or more, or 0.4 or more, or 0.5 or more, or 0.6 or more, or 0.7 or more, or 0.8 or more. The difference may be, for example, 2.5 or less, 2.0 or less, or 1.5 or less from the viewpoint of obtaining a desired degree of DS of the low DS component.
ここで、エステル化パルプのDSとは、エステル化パルプを構成するエステル化セルロースのDSが平均化されたものと考えられるが、さらに細かく見るならば、天然ポリマーであるセルロースを構成するモノマー単位であるグルコースのエステル化度を平均化したものである。ポリマーであるセルロースを修飾した場合、モノマー単位であるグルコースのエステル化度は0、1、2、3のいずれかであるが、エステル化セルロースのDSとして平均化され、さらにエステル化パルプのDSとして平均化される。したがって、あるエステル化反応を行ったとき、同時にエステル化された複数のパルプ繊維のDSは狭い範囲に収束し、広い分布を持つものではないと考えられる。すなわち、高DS成分と低DS成分とのDS値の差は、単なるDSの分布ではなく、エステル化の進行度合いの違いを表すものであることから、上記差が存在する場合に高DS成分を除去することは、エステル化パルプの性質の変化による所望の効果の発現に寄与する。 Here, the DS of the esterified pulp is considered to be the averaged DS of the esterified cellulose that constitutes the esterified pulp. It is the average degree of esterification of a given glucose. When cellulose, which is a polymer, is modified, the degree of esterification of glucose, which is a monomer unit, is either 0, 1, 2, or 3, but is averaged as the DS of the esterified cellulose, and further as the DS of the esterified pulp averaged. Therefore, when a certain esterification reaction is carried out, the DS of a plurality of pulp fibers esterified at the same time will converge in a narrow range and not have a wide distribution. That is, the difference in DS value between the high DS component and the low DS component represents not just the DS distribution but also the difference in the degree of progress of esterification. The removal contributes to the development of the desired effect by changing the properties of the esterified pulp.
エステル化パルプのエステル化度(DS)(すなわちエステル化パルプ全体でのDS)は、樹脂への分散性、耐熱性等に優れるエステル化セルロースナノファイバーを得る観点から、一態様において、1.0超、又は1.2以上、又は1.3以上であり、セルロース本来の良好な機械特性を有するエステル化セルロースナノファイバーを得る観点から、一態様において、2.0以下、又は1.9以下、又は1.8以下である。 The degree of esterification (DS) of the esterified pulp (that is, the DS of the entire esterified pulp) is 1.0 in one aspect from the viewpoint of obtaining esterified cellulose nanofibers that are excellent in dispersibility in resins, heat resistance, etc. from the viewpoint of obtaining an esterified cellulose nanofiber having a higher, or 1.2 or more, or 1.3 or more, and having good mechanical properties inherent to cellulose, in one embodiment, 2.0 or less, or 1.9 or less, or 1.8 or less.
エステル化度(DS)は、エステル化パルプ又はエステル化セルロースナノファイバーの反射型赤外吸収スペクトルから、アシル基由来のピークとセルロース骨格由来のピークとのピーク強度比に基づいて算出することができる。アシル基に基づくC=Oの吸収バンドのピークは1730cm-1に出現し、セルロース骨格鎖に基づくC-Oの吸収バンドのピークは1030cm-1に出現する。エステル化パルプ又はエステル化セルロースナノファイバーのDSは、後述する固体NMR測定から得られるDSと、セルロース骨格鎖C-Oの吸収バンドのピーク強度に対するアシル基に基づくC=Oの吸収バンドのピーク強度の比率で定義される修飾化率(IRインデックス1030)との相関グラフを作成し、相関グラフから算出された検量線
置換度DS = 4.13 × IRインデックス(1030)
を使用することで求めることができる。
The degree of esterification (DS) can be calculated from the reflection infrared absorption spectrum of the esterified pulp or the esterified cellulose nanofiber, based on the peak intensity ratio between the peak derived from the acyl group and the peak derived from the cellulose skeleton. . The peak of the C═O absorption band based on the acyl group appears at 1730 cm −1 , and the peak of the C—O absorption band based on the cellulose backbone chain appears at 1030 cm −1 . The DS of the esterified pulp or the esterified cellulose nanofiber is the DS obtained from the solid-state NMR measurement described later, and the peak intensity of the absorption band of C=O based on the acyl group with respect to the peak intensity of the absorption band of the cellulose backbone chain CO. Create a correlation graph with the modification rate (IR index 1030) defined by the ratio of the calibration curve degree of substitution DS = 4.13 × IR index (1030) calculated from the correlation graph
can be obtained by using
なお、上記反射型赤外吸収スペクトルで適切な測定が困難である場合には、固体NMRを用いる。固体NMRによるDSの算出方法は、凍結粉砕したエステル化パルプ又はエステル化セルロースナノファイバーについて13C固体NMR測定を行い、50ppmから110ppmの範囲に現れるセルロースのピラノース環由来の炭素C1-C6に帰属されるシグナルの合計面積強度(Inp)に対する修飾基由来の1つの炭素原子に帰属されるシグナルの面積強度(Inf)より下記式で求めることができる。
DS=(Inf)×6/(Inp)
たとえば、修飾基がアセチル基の場合、-CH3に帰属される23ppmのシグナルを用いればよい。
Solid-state NMR is used when it is difficult to perform appropriate measurements with the above reflection infrared absorption spectrum. The method for calculating DS by solid-state NMR is to perform 13 C solid-state NMR measurement on freeze-pulverized esterified pulp or esterified cellulose nanofibers, and the carbons C1-C6 derived from the pyranose ring of cellulose appearing in the range of 50 ppm to 110 ppm. It can be obtained by the following formula from the area intensity (Inf) of the signal attributed to one carbon atom derived from the modifying group with respect to the total area intensity (Inp) of the signal derived from the modification group.
DS = (Inf) x 6/(Inp)
For example, if the modifying group is an acetyl group, the 23 ppm signal attributed to --CH 3 may be used.
用いる13C固体NMR測定の条件は例えば以下の通りである。
装置 :Bruker Biospin Avance500WB
周波数 :125.77MHz
測定方法 :DD/MAS法
待ち時間 :75sec
NMR試料管 :4mmφ
積算回数 :640回(約14Hr)
MAS :14,500Hz
化学シフト基準:グリシン(外部基準:176.03ppm)
The conditions for the 13 C solid-state NMR measurement to be used are, for example, as follows.
Apparatus: Bruker Biospin Avance500WB
Frequency: 125.77MHz
Measurement method: DD/MAS method Waiting time: 75 sec
NMR sample tube: 4mmφ
Accumulated times: 640 times (about 14 hours)
MAS: 14,500Hz
Chemical shift reference: glycine (external reference: 176.03 ppm)
セルロースの結晶形としては、I型、II型、III型、IV型などが知られている。I型及びII型は汎用されており、III型及びIV型は工業スケールでは汎用されていない。エステル化パルプの結晶形は、構造上の可動性が高い点、線膨張係数が低く、引張強度、曲げ強度及び曲げ伸度が高い点で、好ましくはI型又はII型、より好ましくはI型である。 As crystal forms of cellulose, type I, type II, type III, type IV and the like are known. Types I and II are commonly used, and types III and IV are not commonly used on an industrial scale. The crystal form of the esterified pulp is preferably type I or type II, more preferably type I, in terms of high structural mobility, low linear expansion coefficient, high tensile strength, bending strength and bending elongation. is.
エステル化パルプの高DS成分の結晶化度は、一態様において、30%未満、又は25%以下、又は20%以下である。一態様において、高DS成分は、高度にエステル化されることに伴って結晶化度がエステル化前と比べて顕著に低下している。高DS成分の結晶化度は、一態様において、1%以上、又は2%以上、又は3%以上であってよい。一態様において、精製によって除去される高DS成分は、セルロースI型の結晶化度が50%未満であるアセチル化多糖類を含む。アセチル化多糖類は無定形物を含む場合があり、例えば、アセチル化セルロースに加え、アセチル化へミセルロース等を含み得る。一態様において、アセチル化多糖類は、セルロースI型で且つ結晶化度が50%未満である結晶質、又は非晶質(無定形物)である。 The crystallinity of the high DS component of the esterified pulp is, in one aspect, less than 30%, or no more than 25%, or no more than 20%. In one aspect, the high DS component is highly esterified, and the degree of crystallinity is significantly reduced compared to before esterification. The crystallinity of the high DS component may, in one aspect, be 1% or greater, or 2% or greater, or 3% or greater. In one aspect, the high DS component removed by purification comprises acetylated polysaccharides with a cellulose type I crystallinity of less than 50%. Acetylated polysaccharides may include amorphous materials, such as, in addition to acetylated cellulose, acetylated hemicellulose and the like. In one aspect, the acetylated polysaccharide is cellulose type I and crystalline with a degree of crystallinity of less than 50%, or amorphous (amorphous).
エステル化パルプの低DS成分の結晶化度は、一態様において、50%以上、又は60%以上、又は70%以上である。一態様において、低DS成分は、エステル化度が低いことに伴って結晶化度がエステル化前と比べて顕著には低下していない。また、化学修飾反応の際の撹拌によるせん断で僅かに一部が断片化されることもあるが、原料のパルプと同様の長さ及び太さの繊維形状を維持している。低DS成分の結晶化度は、一態様において、95%以下、又は90%以下、又は85%以下であってよい。
なお高DS成分及び低DS成分の上記結晶化度は、一態様においてセルロースI型の結晶化度である。
The crystallinity of the low DS component of the esterified pulp is, in one aspect, 50% or more, or 60% or more, or 70% or more. In one aspect, the low DS component has a low degree of esterification, and the degree of crystallinity does not decrease significantly compared to before esterification. In addition, although it may be slightly fragmented by shearing due to stirring during the chemical modification reaction, it maintains the fiber shape of the same length and thickness as the raw material pulp. The crystallinity of the low DS component may, in one aspect, be 95% or less, or 90% or less, or 85% or less.
In one aspect, the crystallinity of the high DS component and the low DS component is the crystallinity of cellulose type I.
本開示で、結晶化度は、セルロースがセルロースI型結晶(天然セルロース由来)である場合には、サンプルを広角X線回折により測定した際の回折パターン(2θ/deg.が10~30)からSegal法により、以下の式で求められる。
結晶化度(%)=([2θ/deg.=22.5の(200)面に起因する回折強度]-[2θ/deg.=18の非晶質に起因する回折強度])/[2θ/deg.=22.5の(200)面に起因する回折強度]×100
In the present disclosure, when the cellulose is a cellulose type I crystal (derived from natural cellulose), the crystallinity is obtained from the diffraction pattern (2θ/deg. of 10 to 30) when the sample is measured by wide-angle X-ray diffraction. It is obtained by the following formula according to the Segal method.
Crystallinity (%) = ([Diffraction intensity due to (200) plane at 2θ/deg.=22.5]-[Diffraction intensity due to amorphous at 2θ/deg.=18])/[2θ /deg. =22.5 diffraction intensity due to the (200) plane]×100
また結晶化度は、セルロースがセルロースII型結晶(再生セルロース由来)である場合には、広角X線回折において、セルロースII型結晶の(110)面ピークに帰属される2θ=12.6°における絶対ピーク強度h0 とこの面間隔におけるベースラインからのピーク強度h1 とから、下記式によって求められる。
結晶化度(%) =h1 /h0 ×100
In addition, when the cellulose is a cellulose type II crystal (derived from regenerated cellulose), the crystallinity is, in wide-angle X-ray diffraction, at 2θ = 12.6°, which is attributed to the (110) plane peak of the cellulose type II crystal. It is obtained by the following formula from the absolute peak intensity h0 and the peak intensity h1 from the baseline at this interplanar spacing.
Crystallinity (%) = h1 / h0 × 100
<解繊精製工程>
本工程では、エステル化パルプを解繊及び精製(すなわち高DS成分の少なくとも一部を除去)してエステル化セルロースナノファイバーを生成する。一態様においては、溶媒(本開示で、解繊溶媒ともいう。)中で解繊を行う。例えば、エステル化セルロースナノファイバーは、上述のエステル化パルプを、解繊溶媒中、典型的にはスラリー形態で、高圧ホモジナイザー、マイクロフリュイダイザー、ボールミル、ディスクミル等の粉砕法により解繊して得ることができる。
<Fibrillation refining process>
In this step, the esterified pulp is defibrated and refined (that is, at least a portion of the high DS component is removed) to produce esterified cellulose nanofibers. In one aspect, defibration is performed in a solvent (also referred to in this disclosure as defibration solvent). For example, esterified cellulose nanofibers are obtained by defibrating the above-described esterified pulp in a defibrating solvent, typically in the form of a slurry, by a pulverization method such as a high-pressure homogenizer, microfluidizer, ball mill, or disc mill. be able to.
解繊溶媒としては、水、DMSO(ジメチルスルホキシド)、DMF(ジメチルホルムアミド)、DMAc(ジメチルアセトアミド)、NMP(N-メチルピロリドン)、酢酸等を例示できる。これらの溶媒を2種以上混合して用いてもよい。 Examples of fibrillation solvents include water, DMSO (dimethylsulfoxide), DMF (dimethylformamide), DMAc (dimethylacetamide), NMP (N-methylpyrrolidone), acetic acid, and the like. Two or more of these solvents may be mixed and used.
解繊精製工程において、精製は、解繊前、解繊中、及び/又は解繊後に行ってよい。精製方法は、例えば、溶媒抽出、濾過、デカンテーション、固形物のフィルターへのトラップ等のうち1つ又は2つ以上の組合せであってよい。精製除去物としての上記固形物は、エステル化パルプから脱離して解繊溶媒中に分散している固形物、エステル化パルプから解繊溶媒中に溶解した後析出した固形物等であり得る。また、高DS成分は、解繊中にスラリーの液面上に泡状の浮遊物として出現する場合があることから、このような浮遊物を精製除去物として掬い取って除去してもよい。精製方法のより具体的な例としては、溶媒抽出(すなわち高DS成分の溶媒中への溶解)及び濾過の組合せ、溶媒抽出及びデカンテーションの組合せ、固形物のフィルターへのトラップ、液面上の泡状の浮遊物の除去等が挙げられる。精製方法は、エステル化パルプ中の高DS成分含有率、解繊溶媒の種類等に応じて選択してよい。 In the defibration and refining step, refining may be performed before, during and/or after defibration. Purification methods may be, for example, one or a combination of two or more of solvent extraction, filtration, decantation, trapping of solids on filters, and the like. The above-mentioned solid matter as the refining removal material may be a solid matter detached from the esterified pulp and dispersed in the defibration solvent, a solid matter deposited after dissolving in the fibrillation solvent from the esterified pulp, or the like. In addition, since the high DS component may appear as foamy floating matter on the liquid surface of the slurry during fibrillation, such floating matter may be scooped out and removed as a refining removal material. More specific examples of purification methods include a combination of solvent extraction (i.e., dissolving the high DS component in a solvent) and filtration, a combination of solvent extraction and decantation, trapping solids in filters, For example, removal of foam-like suspended substances. The refining method may be selected according to the high DS component content in the esterified pulp, the type of fibrillation solvent, and the like.
一態様においては、高DS成分を精製溶媒に溶解させて除去することによって精製を行う。精製溶媒に溶解させた高DS成分を、例えば濾過によってエステル化パルプから分離してよい。高DS成分を溶解させる溶媒(本開示で、高DS成分溶解性溶媒ともいう。)を用いる方法は、パルプ表面に付着した高DS成分を高効率で除去できる点で好ましい。高DS成分溶解性溶媒を用いる場合、精製のタイミングとしては、精製効率の観点から、解繊前又は解繊後が好ましい。 In one aspect, purification is performed by dissolving and removing high DS components in a purification solvent. The high DS component dissolved in the refining solvent may be separated from the esterified pulp, for example by filtration. A method using a solvent capable of dissolving a high DS component (also referred to as a high DS component-dissolving solvent in the present disclosure) is preferable in that the high DS component adhering to the pulp surface can be removed with high efficiency. When a high DS component-dissolving solvent is used, the timing of purification is preferably before or after defibration from the viewpoint of purification efficiency.
高DS成分溶解性溶媒は、解繊溶媒と同種又は異種であってよい。例えば、解繊前に高DS成分溶解性溶媒中に高DS成分を溶解除去した後、解繊溶媒に溶媒置換して解繊を行ってよく、解繊溶媒中での解繊後、高DS成分溶解性溶媒に溶媒置換して高DS成分を溶解除去してもよく、解繊溶媒中での解繊後、高DS成分溶解性溶媒を加えて、混合溶媒で高DS成分を溶解除去してもよい。 The high DS component-dissolving solvent may be the same or different from the fibrillation solvent. For example, after dissolving and removing the high DS component in a high DS component-dissolving solvent before defibration, defibration may be performed by replacing the solvent with the defibration solvent. The solvent may be replaced with a component-dissolving solvent to dissolve and remove the high DS component. After fibrillation in the defibrating solvent, the high DS component-dissolving solvent is added, and the high DS component is dissolved and removed with a mixed solvent. may
高DS成分溶解性溶媒は、好ましくは、ケトン、エステル、含窒素化合物、含硫黄化合物、エーテル、ハロゲン化炭化水素からなる群から選択される1種以上を含む。高DS成分の溶解性を有する範囲においては、これら以外の溶媒を含んでもよい。
ケトンとしては、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、シクロヘキサノン等が挙げられる。
エステルとしては、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、乳酸エチル、炭酸プロピレン等が挙げられる。
含窒素化合物としては、ニトロメタン、アセトニトリル、N-メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)等が挙げられる。
含硫黄化合物としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が挙げられる。
エーテルとしては、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、γ-ブチロラクトン(GBL)、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサン、ジオキソラン等が挙げられる。
ハロゲン化炭化水素としては、塩化メチレン、クロロホルム等が挙げられる。
The high DS component-dissolving solvent preferably contains one or more selected from the group consisting of ketones, esters, nitrogen-containing compounds, sulfur-containing compounds, ethers, and halogenated hydrocarbons. Solvents other than these may be included within the range in which the high DS component is soluble.
Ketones include acetone, methyl ethyl ketone (MEK), cyclohexanone, and the like.
Esters include methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, ethyl lactate, propylene carbonate and the like.
Examples of nitrogen-containing compounds include nitromethane, acetonitrile, N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc) and the like.
Examples of sulfur-containing compounds include dimethylsulfoxide (DMSO) and the like.
Ethers include propylene glycol monomethyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), γ-butyrolactone (GBL), tetrahydrofuran (THF), dioxane, dioxolane and the like.
Halogenated hydrocarbons include methylene chloride, chloroform, and the like.
一態様においては、高DS成分と低DS成分とを分離する分離溶媒を用いて精製を行ってもよい。分離溶媒としては、高DS成分溶解性溶媒と高DS成分非溶解性溶媒との混合物、又は高DS成分非溶解性溶媒を用いることができる。高DS成分溶解性溶媒と高DS成分非溶解性溶媒との混合物を用いた場合は、高DS成分溶解性溶媒によって溶解及び/又は膨潤した高DS成分が高DS成分非溶解性溶媒によって溶媒中に析出及び/又は剥離する。高DS成分非溶解性溶媒を用いた場合は、叩解や強撹拌などの機械的な作用で分離した高DS成分が泡を形成して偏在化する。これらの作用によって高DS成分を低DS成分部位から脱離させて溶媒中に分散させることによって、高DS成分と低DS成分とを分離できる。 In one aspect, purification may be performed using a separation solvent that separates high and low DS components. As the separation solvent, a mixture of a high DS component-dissolving solvent and a high DS component-insoluble solvent, or a high DS component-insoluble solvent can be used. When a mixture of a high DS component-dissolving solvent and a high DS component-insoluble solvent is used, the high DS component dissolved and/or swollen by the high DS component-dissolving solvent is dissolved in the solvent by the high DS component-insoluble solvent. deposits and/or peels off. When a high DS component insoluble solvent is used, the high DS component separated by mechanical action such as beating or strong stirring forms bubbles and is unevenly distributed. By these actions, the high DS component is separated from the low DS component site and dispersed in the solvent, thereby separating the high DS component and the low DS component.
高DS成分非溶解性溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、t-ブタノールなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、水等を例示でき、中でも、水が好ましい。 Examples of the high DS component insoluble solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol and t-butanol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol and glycerin, and water. is preferred.
高DS成分溶解性溶媒と高DS成分非溶解性溶媒との好ましい組合せとしては、高DS成分溶解性溶媒が、アセトン、MEK、DMSO、NMP、DMF、及びDMAcからなる群から選択される1種以上であり、且つ高DS成分非溶解性溶媒が、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、t-ブタノールなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、及び水からなる群から選択される1種以上である組合せを例示できる。この組合せにおいて、高DS成分溶解性溶媒/高DS成分非溶解性溶媒の質量混合比は、高DS成分の良好な偏在化の観点から、好ましくは、3以下、又は2以下、又は1以下、又は0.5以下である。一方、当該混合比は、高DS成分溶解性溶媒を併用することによる膨潤効果によって、フィブリル間の高DS成分が除去され易くなるという利点を良好に得る観点から、例えば0.005以上、又は0.01以上、又は0.05以上であってよい。 As a preferred combination of a high DS component-dissolving solvent and a high DS component-insoluble solvent, the high DS component-dissolving solvent is one selected from the group consisting of acetone, MEK, DMSO, NMP, DMF, and DMAc. The group consisting of alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol and t-butanol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol and glycerin, and water. A combination of one or more selected from can be exemplified. In this combination, the mass mixing ratio of the high DS component-dissolving solvent/high DS component-insoluble solvent is preferably 3 or less, or 2 or less, or 1 or less, from the viewpoint of good uneven distribution of the high DS component, Or it is 0.5 or less. On the other hand, the mixing ratio is, for example, 0.005 or more, or 0.005 or more, or 0.005 or more, from the viewpoint of favorably obtaining the advantage that the high DS component between fibrils is easily removed due to the swelling effect due to the combined use of the high DS component-dissolving solvent. 0.01 or greater, or 0.05 or greater.
一態様においては、精製時の溶媒温度での高DS成分の溶解度が、高DS成分溶解性溶媒100gに対して1g以上、且つ高DS成分非溶解性溶媒100gに対して1g未満であるように、高DS成分溶解性溶媒及び高DS成分非溶解性溶媒を選択してよい。 In one aspect, the solubility of the high DS component at the solvent temperature during purification is 1 g or more per 100 g of the high DS component-dissolving solvent and less than 1 g per 100 g of the high DS component-insoluble solvent. , a high DS component soluble solvent and a high DS component insoluble solvent may be selected.
一態様においては、高DS成分を分離溶媒とともにデカンテーション等で除去してよい。又は、高DS成分を分離溶媒中に分散させて分散粒子を形成した後、当該分散粒子をフィルター上に吸着させて除去してもよい。分離溶媒を用いる方法は、高DS成分非溶解性溶媒を解繊溶媒として用いる際に、精製と溶媒置換の工程を同時に進められる点で好ましい。分離溶媒を用いる場合、精製のタイミングとしては、精製効率の観点から解繊中又は解繊後が好ましい。分散粒子を吸着させるフィルターとしては、分散粒子の捕集効率の観点から、ポリプロピレン製、ポリエチレンテレフタラート製、又はナイロン製の濾布等が好適である。 In one aspect, the high DS components may be removed, such as by decantation, along with the separation solvent. Alternatively, after the high DS component is dispersed in the separation solvent to form dispersed particles, the dispersed particles may be adsorbed on a filter and removed. The method using a separation solvent is preferable in that when a high DS component insoluble solvent is used as the fibrillation solvent, the steps of purification and solvent replacement can be carried out at the same time. When a separation solvent is used, the timing of purification is preferably during or after defibration from the viewpoint of purification efficiency. As the filter for adsorbing the dispersed particles, a filter cloth made of polypropylene, polyethylene terephthalate, nylon, or the like is suitable from the viewpoint of collection efficiency of the dispersed particles.
分離溶媒は、解繊溶媒と同種又は異種であってよい。例えば、分離溶媒として機能できる解繊溶媒を用い、解繊中に随時、又は解繊後に高DS成分を分離除去してよく、解繊溶媒中での解繊後、分離溶媒に溶媒置換して高DS成分を分離除去してもよく、解繊溶媒中での解繊後、分離溶媒を加えて、混合溶媒で高DS成分を分離除去してもよい。
分離溶媒は、好ましくは、水及びアルコールからなる群から選択される1種以上を含む。アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等が挙げられる。pHを調整するために酸又は塩基を加えてもよく、イオン強度を調整するために電解質を加えてもよい。
The separating solvent may be the same or different from the fibrillation solvent. For example, using a defibration solvent that can function as a separation solvent, the high DS component may be separated and removed at any time during defibration or after defibration, and after defibration in the defibration solvent, the solvent is replaced with the separation solvent. The high DS component may be separated and removed, or after defibration in the defibrating solvent, the separation solvent may be added and the high DS component may be separated and removed with a mixed solvent.
The separating solvent preferably contains one or more selected from the group consisting of water and alcohol. Alcohols include methanol, ethanol, propanol, butanol, and the like. Acids or bases may be added to adjust pH, and electrolytes may be added to adjust ionic strength.
<エステル化セルロースナノファイバーの特性>
本実施形態の方法で得られるエステル化セルロースナノファイバーの平均繊維径は、一態様において、2~1000nmであり、好ましくは4nm以上、又は5nm以上、又は10nm以上、又は15nm以上、又は20nm以上、又は50nm以上、又は100nm以上であり、好ましくは500nm以下、又は450nm以下、又は400nm以下、又は350nm以下、又は300nm以下、又は250nm以下、又は200nm以下である。
<Characteristics of esterified cellulose nanofiber>
In one aspect, the average fiber diameter of the esterified cellulose nanofibers obtained by the method of the present embodiment is 2 to 1000 nm, preferably 4 nm or more, or 5 nm or more, or 10 nm or more, or 15 nm or more, or 20 nm or more, or 50 nm or more, or 100 nm or more, preferably 500 nm or less, or 450 nm or less, or 400 nm or less, or 350 nm or less, or 300 nm or less, or 250 nm or less, or 200 nm or less.
一態様において、エステル化セルロースナノファイバーの数平均繊維径(D)、数平均繊維長(L)、及びL/D比は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて以下の手順で測定される値である。セルロースの水分散液をtert-ブタノールで置換し、0.001~0.1質量%まで希釈し、高剪断ホモジナイザー(例えばIKA製、商品名「ウルトラタラックスT18」)を用い、処理条件:回転数15,000rpm×3分間で分散させ、オスミウム蒸着したシリコン基板上にキャストし、風乾したものを測定サンプルとし、高分解能走査型電子顕微鏡(SEM)で計測して求める。具体的には、少なくとも100本の繊維状物質が観測されるように倍率が調整された観察視野にて、無作為に選んだ100本の繊維状物質の長さ(L)及び径(D)を計測し、比(L/D)を算出する。セルロースについて、長さ(L)の数平均値、径(D)の数平均値、及び比(L/D)の数平均値を算出する。 In one aspect, the number average fiber diameter (D), number average fiber length (L), and L/D ratio of the esterified cellulose nanofibers are measured using a scanning electron microscope (SEM) according to the following procedure. value. An aqueous dispersion of cellulose is substituted with tert-butanol, diluted to 0.001 to 0.1% by mass, and treated using a high-shear homogenizer (eg, IKA, product name “Ultra Turrax T18”), processing conditions: rotation. Dispersed at several 15,000 rpm for 3 minutes, cast on an osmium-deposited silicon substrate, air-dried, and used as a measurement sample. Specifically, the length (L) and diameter (D) of 100 randomly selected fibrous substances in an observation field whose magnification is adjusted so that at least 100 fibrous substances can be observed. is measured and the ratio (L/D) is calculated. Calculate the number average length (L), number average diameter (D), and number average ratio (L/D) values for the cellulose.
エステル化セルロースナノファイバーの結晶化度は、耐熱性、機械強度及び寸法安定性に優れる樹脂組成物を得る観点から、好ましくは、55%以上、又は60%以上、又は70%以上、又は80%以上である。結晶化度がこの範囲にあると、セルロース自体の力学物性(耐熱性、強度、寸法安定性)が高いため、セルロースを樹脂に分散した際に、樹脂組成物の耐熱性、強度、寸法安定性が高い傾向にある。結晶化度は高い方が好ましいが、生産上の観点から好ましい上限は99%である。 The crystallinity of the esterified cellulose nanofiber is preferably 55% or more, or 60% or more, or 70% or more, or 80%, from the viewpoint of obtaining a resin composition excellent in heat resistance, mechanical strength, and dimensional stability. That's it. When the crystallinity is in this range, the mechanical properties (heat resistance, strength, dimensional stability) of the cellulose itself are high, so when the cellulose is dispersed in the resin, the heat resistance, strength, and dimensional stability of the resin composition tend to be high. A higher crystallinity is preferable, but the preferable upper limit is 99% from the viewpoint of production.
エステル化セルロースナノファイバーの重合度は、機械的特性発現の観点から、好ましくは、100以上、又は150以上、又は200以上、又は300以上、又は400以上であり、加工性の観点から、好ましくは、3500以下、又は3300以下、又は3200以下、又は3100以下、又は3000以下である。 The degree of polymerization of the esterified cellulose nanofiber is preferably 100 or more, or 150 or more, or 200 or more, or 300 or more, or 400 or more from the viewpoint of mechanical property expression, and is preferably , 3500 or less, or 3300 or less, or 3200 or less, or 3100 or less, or 3000 or less.
セルロースの重合度は、「第十五改正日本薬局方解説書(廣川書店発行)」の確認試験(3)に記載の銅エチレンジアミン溶液による還元比粘度法に従って測定される平均重合度を意味する。 The degree of polymerization of cellulose means the average degree of polymerization measured according to the reduction specific viscosity method using a copper ethylenediamine solution described in the Confirmation Test (3) of "The Japanese Pharmacopoeia 15th Edition (published by Hirokawa Shoten)".
一態様において、エステル化セルロースナノファイバーの重量平均分子量(Mw)は100000以上であり、より好ましくは200000以上である。重量平均分子量と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は6以下であり、好ましくは5.4以下である。重量平均分子量が大きいほどセルロース分子の末端基の数は少ないことを意味する。また、重量平均分子量と数平均分子量との比(Mw/Mn)は分子量分布の幅を表すものであることから、Mw/Mnが小さいほどセルロース分子の末端の数は少ないことを意味する。セルロース分子の末端は熱分解の起点となるため、セルロース分子の重量平均分子量が大きいだけでなく、重量平均分子量が大きいと同時に分子量分布の幅が狭い場合に、特に高耐熱性のセルロース、及びセルロースと樹脂とを含む樹脂組成物が得られる。エステル化セルロースナノファイバーの重量平均分子量(Mw)は、セルロース原料の入手容易性の観点から、例えば600000以下、又は500000以下であってよい。重量平均分子量と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)はエステル化セルロースナノファイバーの製造容易性の観点から、例えば1.5以上、又は2以上であってよい。Mwは、目的に応じたMwを有するセルロース原料を選択すること、セルロース原料に対して物理的処理及び/又は化学的処理を適度な範囲で適切に行うこと、等によって上記範囲に制御できる。Mw/Mnもまた、目的に応じたMw/Mnを有するセルロース原料を選択すること、セルロース原料に対して物理的処理及び/又は化学的処理を適度な範囲で適切に行うこと、等によって上記範囲に制御できる。Mwの制御、及びMw/Mnの制御の両者において、上記物理的処理としては、マイクロフリュイダイザー、ボールミル、ディスクミル等の乾式粉砕若しくは湿式粉砕、擂潰機、ホモミキサー、高圧ホモジナイザー、超音波装置等による衝撃、剪断、ずり、摩擦等の機械的な力を加える物理的処理を例示でき、上記化学的処理としては、蒸解、漂白、酸処理、再生セルロース化等を例示できる。 In one aspect, the weight average molecular weight (Mw) of the esterified cellulose nanofibers is 100,000 or more, more preferably 200,000 or more. The ratio (Mw/Mn) between the weight average molecular weight and the number average molecular weight (Mn) is 6 or less, preferably 5.4 or less. The larger the weight average molecular weight, the smaller the number of terminal groups of the cellulose molecule. In addition, since the ratio of the weight average molecular weight to the number average molecular weight (Mw/Mn) represents the width of the molecular weight distribution, the smaller the Mw/Mn, the smaller the number of ends of the cellulose molecules. Since the terminal of the cellulose molecule is the starting point of thermal decomposition, not only the weight average molecular weight of the cellulose molecule is large, but also when the weight average molecular weight is large and the width of the molecular weight distribution is narrow, especially highly heat-resistant cellulose and cellulose and a resin is obtained. The weight average molecular weight (Mw) of the esterified cellulose nanofibers may be, for example, 600,000 or less, or 500,000 or less, from the viewpoint of availability of cellulose raw materials. The ratio (Mw/Mn) of the weight-average molecular weight to the number-average molecular weight (Mn) may be, for example, 1.5 or more, or 2 or more from the viewpoint of ease of production of the esterified cellulose nanofibers. Mw can be controlled within the above range by selecting a cellulose raw material having an Mw suitable for the purpose, and by appropriately subjecting the cellulose raw material to physical and/or chemical treatments within an appropriate range. The Mw/Mn is also within the above range by selecting a cellulose raw material having Mw/Mn according to the purpose, by appropriately performing physical treatment and/or chemical treatment on the cellulose raw material in an appropriate range, etc. can be controlled to In both the control of Mw and the control of Mw/Mn, the physical treatment includes dry or wet grinding such as microfluidizer, ball mill, disk mill, crusher, homomixer, high-pressure homogenizer, and ultrasonic device. Examples of physical treatments that apply mechanical forces such as impact, shear, shear, friction, etc., include cooking, bleaching, acid treatment, regenerated cellulose, and the like.
ここでいうエステル化セルロースナノファイバーの重量平均分子量及び数平均分子量とは、エステル化セルロースナノファイバーを塩化リチウムが添加されたN,N-ジメチルアセトアミドに溶解させたうえで、N,N-ジメチルアセトアミドを溶媒としてゲルパーミエーションクロマトグラフィによって求めた値である。 The weight-average molecular weight and number-average molecular weight of the esterified cellulose nanofibers referred to here are obtained by dissolving the esterified cellulose nanofibers in N,N-dimethylacetamide to which lithium chloride has been added, followed by dissolving the N,N-dimethylacetamide. is a value obtained by gel permeation chromatography using as a solvent.
エステル化セルロースナノファイバーの重合度(すなわち平均重合度)又は分子量を制御する方法としては、解繊精製工程後の加水分解処理等が挙げられる。加水分解処理によって、セルロース内部の非晶質セルロースの解重合が進み、平均重合度が小さくなる。また同時に、加水分解処理により、上述の非晶質セルロースに加え、ヘミセルロース、リグニン等の不純物も取り除かれるため、繊維質内部が多孔質化する。それにより、後記の混練工程中等の、セルロースに機械的せん断力を与える工程において、セルロースが機械処理を受けやすくなり、セルロースが微細化されやすくなる。 Methods for controlling the degree of polymerization (that is, the average degree of polymerization) or the molecular weight of esterified cellulose nanofibers include hydrolysis treatment after the defibration and purification step. The hydrolysis treatment promotes depolymerization of the amorphous cellulose inside the cellulose, thereby reducing the average degree of polymerization. At the same time, the hydrolysis treatment removes impurities such as hemicellulose and lignin in addition to the amorphous cellulose described above, so that the interior of the fiber becomes porous. As a result, in the step of applying a mechanical shearing force to the cellulose, such as during the kneading step described below, the cellulose is easily subjected to mechanical treatment, and the cellulose is easily pulverized.
一態様において、エステル化セルロースナノファイバーは、アルカリ可溶多糖類を含み得る。アルカリ可溶多糖類は、ヘミセルロースのほか、β-セルロース及びγ-セルロースも包含する。アルカリ可溶多糖類とは、植物(例えば木材)を溶媒抽出及び塩素処理して得られるホロセルロースのうちのアルカリ可溶部として得られる成分(すなわちホロセルロースからα-セルロースを除いた成分)として当業者に理解される。アルカリ可溶多糖類は、水酸基を含む多糖であり、エステル化セルロースナノファイバーの耐熱性低下、物性低下、変色、樹脂への分散性低下等の原因となり得ることから、エステル化セルロースナノファイバー中のアルカリ可溶多糖類含有量は少ない方が好ましい。 In one aspect, the esterified cellulose nanofibers can include alkali-soluble polysaccharides. Alkali-soluble polysaccharides include β-cellulose and γ-cellulose in addition to hemicellulose. Alkali-soluble polysaccharides are components obtained as alkali-soluble parts of holocellulose obtained by solvent extraction and chlorine treatment of plants (for example, wood) (that is, components obtained by removing α-cellulose from holocellulose). It is understood by those skilled in the art. Alkali-soluble polysaccharides are polysaccharides containing hydroxyl groups, and can cause deterioration in heat resistance, physical properties, discoloration, and dispersibility in resins of esterified cellulose nanofibers. The smaller the content of alkali-soluble polysaccharides, the better.
一態様において、エステル化セルロースナノファイバー中のアルカリ可溶多糖類平均含有率は、エステル化セルロースナノファイバーの良好な機能を維持する観点から、エステル化セルロースナノファイバー100質量%に対して、好ましくは、20質量%以下、又は18質量%以下、又は15質量%以下、又は12質量%以下、又は11質量%以下、又は8質量%以下である。上記含有率は、エステル化セルロースナノファイバーの製造容易性の観点から、1質量%以上、又は2質量%以上、又は3質量%以上、又は6質量%以上であってもよい。一態様において、セルロース原料中のアルカリ可溶多糖類平均含有率は、13質量%以下、又は12質量%以下、又は11質量%以下、又は8質量%以下であってよく、最も好ましくは0質量%であるが、セルロース原料の入手容易性の観点から、例えば3質量%以上、又は6質量%以上であってもよい。 In one embodiment, the average content of alkali-soluble polysaccharides in the esterified cellulose nanofibers is preferably , 20% by mass or less, or 18% by mass or less, or 15% by mass or less, or 12% by mass or less, or 11% by mass or less, or 8% by mass or less. From the viewpoint of ease of production of the esterified cellulose nanofibers, the content may be 1% by mass or more, 2% by mass or more, 3% by mass or more, or 6% by mass or more. In one aspect, the average content of alkali-soluble polysaccharides in the cellulose raw material may be 13% by weight or less, or 12% by weight or less, or 11% by weight or less, or 8% by weight or less, and most preferably 0% by weight. %, but it may be, for example, 3% by mass or more, or 6% by mass or more from the viewpoint of availability of the cellulose raw material.
アルカリ可溶多糖類平均含有率は、非特許文献(木質科学実験マニュアル、日本木材学会編、92~97頁、2000年)に記載の手法より求めることができ、ホロセルロース含有率(Wise法)からαセルロース含有率を差し引くことで求められる。なおこの方法は当業界においてヘミセルロース量の測定方法として理解されている。1つのサンプルにつき3回アルカリ可溶多糖類含有率を算出し、算出したアルカリ可溶多糖類含有率の数平均をアルカリ可溶多糖類平均含有率とする。 The average content of alkali-soluble polysaccharides can be obtained by the method described in Non-Patent Document (Wood Science Experiment Manual, edited by Japan Wood Science Society, pp. 92-97, 2000), and the holocellulose content (Wise method) It is obtained by subtracting the α-cellulose content from This method is understood in the art as a method for measuring the amount of hemicellulose. The alkali-soluble polysaccharide content is calculated three times for each sample, and the number average of the calculated alkali-soluble polysaccharide contents is taken as the average alkali-soluble polysaccharide content.
一態様において、エステル化セルロースナノファイバー中の酸不溶成分平均含有率は、セルロースの耐熱性低下及びそれに伴う変色を回避する観点から、エステル化セルロースナノファイバー100質量%に対して、好ましくは、10質量%以下、又は5質量%以下、又は3質量%以下である。上記含有率は、エステル化セルロースナノファイバーの製造容易性の観点から、0.1質量%以上、又は0.2質量%以上、又は0.3質量%以上であってもよい。 In one aspect, the average content of acid-insoluble components in the esterified cellulose nanofibers is preferably 10 per 100% by mass of the esterified cellulose nanofibers, from the viewpoint of avoiding a decrease in heat resistance of cellulose and accompanying discoloration. % by mass or less, or 5% by mass or less, or 3% by mass or less. From the viewpoint of ease of production of the esterified cellulose nanofibers, the content may be 0.1% by mass or more, 0.2% by mass or more, or 0.3% by mass or more.
酸不溶成分平均含有率は、非特許文献(木質科学実験マニュアル、日本木材学会編、92~97頁、2000年)に記載のクラーソン法を用いた酸不溶成分の定量として行う。なおこの方法は当業界においてリグニン量の測定方法として理解されている。硫酸溶液中でサンプルを撹拌してセルロース及びヘミセルロース等を溶解させた後、ガラスファイバーろ紙で濾過し、得られた残渣が酸不溶成分に該当する。この酸不溶成分重量より酸不溶成分含有率を算出し、そして、3サンプルについて算出した酸不溶成分含有率の数平均を酸不溶成分平均含有率とする。 The average content of acid-insoluble components is determined by quantifying acid-insoluble components using the Clason method described in Non-Patent Document (Wood Science Experimental Manual, Japan Wood Science Society, pp. 92-97, 2000). This method is understood in the industry as a method for measuring the amount of lignin. After stirring the sample in a sulfuric acid solution to dissolve cellulose, hemicellulose, etc., the sample was filtered through a glass fiber filter paper, and the obtained residue corresponds to the acid-insoluble component. The acid-insoluble component content is calculated from this acid-insoluble component weight, and the number average of the acid-insoluble component content calculated for the three samples is taken as the acid-insoluble component average content.
エステル化セルロースナノファイバーのエステル化度(DS)は、樹脂への分散性、耐熱性等に優れるエステル化セルロースナノファイバーを得る観点から、一態様において、0.3以上、又は0.4以上、又は0.5以上、又は0.6以上、又は0.7以上であり、セルロース本来の良好な機械特性を有するエステル化セルロースナノファイバーを得る観点から、一態様において、1.2以下、又は1.1以下、又は1.0以下である。 From the viewpoint of obtaining esterified cellulose nanofibers having excellent dispersibility in resins, heat resistance, etc., the degree of esterification (DS) of the esterified cellulose nanofibers is, in one aspect, 0.3 or more, or 0.4 or more, or 0.5 or more, or 0.6 or more, or 0.7 or more, and from the viewpoint of obtaining an esterified cellulose nanofiber having good mechanical properties inherent to cellulose, in one embodiment, 1.2 or less, or 1 .1 or less, or 1.0 or less.
≪樹脂組成物の製造方法≫
本発明の一態様はまた、エステル化セルロースナノファイバーと樹脂とを含む樹脂組成物の製造方法を提供する。
<<Method for producing resin composition>>
One aspect of the present invention also provides a method for producing a resin composition containing esterified cellulose nanofibers and a resin.
樹脂組成物全体100質量%に対するエステル化セルロースナノファイバーの量は、エステル化セルロースナノファイバーによる良好な補強効果を得る観点から、好ましくは、0.1質量%以上、又は0.5質量%以上、又は1質量%以上、又は3質量%以上であり、樹脂本来の特性を良好に保持する観点から、好ましくは、30質量%以下、又は25質量%以下、又は20質量%以下、又は15質量%以下である。 The amount of the esterified cellulose nanofibers relative to 100% by mass of the entire resin composition is preferably 0.1% by mass or more, or 0.5% by mass or more, from the viewpoint of obtaining a good reinforcing effect of the esterified cellulose nanofibers. Or 1% by mass or more, or 3% by mass or more, and from the viewpoint of maintaining good properties inherent in the resin, preferably 30% by mass or less, or 25% by mass or less, or 20% by mass or less, or 15% by mass It is below.
樹脂組成物全体100質量%に対する樹脂の量は、樹脂本来の特性を良好に保持する観点から、好ましくは、20質量%以上、又は30質量%以上、又は40質量%以上、又は50質量%以上、又は60質量%以上、又は70質量%以上、又は75質量%以上、又は80質量%以上、又は85質量%以上であり、他の成分による効果を良好に得る観点から、好ましくは、99.9質量%以下、又は99.5質量%以下、又は99質量%以下、又は97質量%以下、又は95質量%以下、又は90質量%以下である。 The amount of the resin with respect to 100% by mass of the entire resin composition is preferably 20% by mass or more, or 30% by mass or more, or 40% by mass or more, or 50% by mass or more, from the viewpoint of maintaining good properties inherent in the resin. , or 60% by mass or more, or 70% by mass or more, or 75% by mass or more, or 80% by mass or more, or 85% by mass or more, and from the viewpoint of obtaining the effects of other components well, preferably 99. 9% by mass or less, or 99.5% by mass or less, or 99% by mass or less, or 97% by mass or less, or 95% by mass or less, or 90% by mass or less.
<樹脂>
樹脂は、樹脂組成物の使用目的に応じて適宜選択され、例えば、100℃~350℃の範囲内に融点を有する結晶性熱可塑性樹脂、100~250℃の範囲内にガラス転移温度を有する非晶性熱可塑性樹脂等であってよい。樹脂としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂及びこれらの2種以上の混合物を例示でき、取り扱い性及びコストの観点から、好ましくはポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂等が挙げられ、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂及びポリアセタール系樹脂はより好ましく、ポリアミド系樹脂及びポリアセタール系樹脂は特に好ましい。熱可塑性樹脂(特に結晶性樹脂)の融点は、樹脂組成物の耐熱性を高める観点から、好ましくは、140℃以上、又は150℃以上、又は160℃以上、又は170℃以上、又は180℃以上、又は190℃以上、又は200℃以上、又は210℃以上、220℃以上、又は230℃以上、又は240℃以上、又は245℃以上、又は250℃以上である。
<Resin>
The resin is appropriately selected according to the purpose of use of the resin composition. It may be a crystalline thermoplastic resin or the like. Examples of resins include polyolefin-based resins, polyamide-based resins, polyester-based resins, polyacetal-based resins, polyphenylene ether-based resins, polyphenylene sulfide-based resins, and mixtures of two or more of these. Polyolefin-based resins, polyamide-based resins, polyester-based resins, polyacetal-based resins, etc., are preferred, and polyamide-based resins and polyacetal-based resins are particularly preferred. From the viewpoint of increasing the heat resistance of the resin composition, the melting point of the thermoplastic resin (particularly the crystalline resin) is preferably 140°C or higher, or 150°C or higher, or 160°C or higher, or 170°C or higher, or 180°C or higher. , or 190° C. or higher, or 200° C. or higher, or 210° C. or higher, 220° C. or higher, or 230° C. or higher, or 240° C. or higher, or 245° C. or higher, or 250° C. or higher.
熱可塑性樹脂の融点としては、例えば比較的低融点の樹脂(例えばポリオレフィン系樹脂)について、150℃~190℃、又は160℃~180℃、また例えば比較的高融点の樹脂(例えばポリアミド系樹脂)について、220℃~350℃、又は230℃~320℃、を例示できる。 The melting point of the thermoplastic resin is, for example, 150° C. to 190° C. or 160° C. to 180° C. for relatively low melting point resins (eg, polyolefin resins), and relatively high melting point resins (eg, polyamide resins). 220° C. to 350° C. or 230° C. to 320° C. can be exemplified.
本開示で、樹脂の融点とは、示差走査熱量分析装置(DSC)を用いて、23℃から10℃/分の昇温速度で昇温した際に現れる吸熱ピークのピークトップ温度を指し、吸熱ピークが2つ以上現れる場合は、最も高温側の吸熱ピークのピークトップ温度を指す。 In the present disclosure, the melting point of a resin refers to the peak top temperature of an endothermic peak that appears when the temperature is raised from 23° C. at a rate of 10° C./min using a differential scanning calorimeter (DSC). When two or more peaks appear, the peak top temperature of the endothermic peak on the highest temperature side is indicated.
本開示で、樹脂のガラス転移温度とは、動的粘弾性測定装置を用いて、23℃から2℃/分の昇温速度で昇温しながら、印加周波数10Hzで測定した際に、貯蔵弾性率が大きく低下し、損失弾性率が最大となるピークのピークトップの温度をいう。損失弾性率のピークが2つ以上現れる場合は、最も高温側のピークのピークトップ温度を指す。 In the present disclosure, the glass transition temperature of the resin is measured at an applied frequency of 10 Hz while increasing the temperature from 23 ° C. at a rate of 2 ° C./min using a dynamic viscoelasticity measuring device. The peak top temperature of the peak at which the modulus drops significantly and the loss modulus is maximized. When two or more loss modulus peaks appear, the peak top temperature of the peak on the highest temperature side is indicated.
熱可塑性樹脂として好ましいポリオレフィン系樹脂は、オレフィン類(例えばα-オレフィン類)やアルケン類をモノマー単位として重合して得られる高分子である。ポリオレフィン系樹脂の具体例としては、低密度ポリエチレン(例えば線状低密度ポリエチレン)、高密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン等に例示されるエチレン系(共)重合体、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体等に例示されるポリプロピレン系(共)重合体、エチレン-アクリル酸共重合体、エチレン-メタクリル酸メチル共重合体、エチレン-グリシジルメタクリレート共重合体等に代表されるエチレン等α-オレフィンの共重合体等が挙げられる。 Polyolefin resins that are preferable as thermoplastic resins are polymers obtained by polymerizing olefins (eg, α-olefins) or alkenes as monomer units. Specific examples of polyolefin-based resins include ethylene-based (co)polymers such as low-density polyethylene (e.g., linear low-density polyethylene), high-density polyethylene, ultra-low-density polyethylene, and ultra-high molecular weight polyethylene, polypropylene, and ethylene. - polypropylene-based (co)polymers exemplified by propylene copolymers, ethylene-propylene-diene copolymers, ethylene-acrylic acid copolymers, ethylene-methyl methacrylate copolymers, ethylene-glycidyl methacrylate copolymers Examples thereof include copolymers of α-olefins such as ethylene represented by coalescence.
ここで最も好ましいポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレンが挙げられる。特に、ISO1133に準拠して230℃、荷重21.2Nで測定されたメルトマスフローレイト(MFR)が、3g/10分以上30g/10分以下であるポリプロピレンが好ましい。MFRの下限値は、より好ましくは5g/10分であり、さらにより好ましくは6g/10分であり、最も好ましくは8g/10分である。また、上限値は、より好ましくは25g/10分であり、さらにより好ましくは20g/10分であり、最も好ましくは18g/10分である。MFRは、組成物の靱性向上の観点から上記上限値を超えないことが望ましく、組成物の流動性の観点から上記下限値を超えないことが望ましい。 Polypropylene is the most preferred polyolefin resin. In particular, polypropylene having a melt mass flow rate (MFR) of 3 g/10 min or more and 30 g/10 min or less measured at 230° C. under a load of 21.2 N in accordance with ISO 1133 is preferred. The lower limit of MFR is more preferably 5 g/10 minutes, still more preferably 6 g/10 minutes, and most preferably 8 g/10 minutes. Also, the upper limit is more preferably 25 g/10 minutes, still more preferably 20 g/10 minutes, and most preferably 18 g/10 minutes. The MFR desirably does not exceed the above upper limit from the viewpoint of improving toughness of the composition, and preferably does not exceed the above lower limit from the viewpoint of fluidity of the composition.
また、セルロースとの親和性を高めるため、酸変性されたポリオレフィン系樹脂も好適に使用可能である。この際の酸としては、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、フタル酸及び、これらの無水物、並びにクエン酸等のポリカルボン酸から、適宜選択可能である。これらの中でも好ましいのは、変性率の高めやすさから、マレイン酸又はその無水物である。変性方法については特に制限はないが、過酸化物の存在下又は非存在下で融点以上に加熱して溶融混練する方法が一般的である。酸変性するポリオレフィン樹脂としては前出のポリオレフィン系樹脂はすべて使用可能であるが、ポリプロピレンが中でも好適に使用可能である。酸変性されたポリプロピレンは、単独で用いても構わないが、樹脂全体としての変性率を調整するため、変性されていないポリプロピレンと混合して使用することがより好ましい。この際のすべてのポリプロピレンに対する酸変性されたポリプロピレンの割合は、0.5質量%~50質量%である。より好ましい下限は、1質量%であり、更に好ましくは2質量%、更により好ましくは3質量%、特に好ましくは4質量%、最も好ましくは5質量%である。また、より好ましい上限は、45質量%であり、更に好ましくは40質量%、更により好ましくは35質量%、特に好ましくは30質量%、最も好ましくは20質量%である。樹脂とセルロースとの界面強度を維持するためには、下限以上が好ましく、樹脂としての延性を維持するためには、上限以下が好ましい。 Acid-modified polyolefin resins are also suitable for use in order to increase affinity with cellulose. The acid in this case can be appropriately selected from maleic acid, fumaric acid, succinic acid, phthalic acid, their anhydrides, and polycarboxylic acids such as citric acid. Among these, maleic acid or its anhydride is preferable because the modification rate can be easily increased. The modification method is not particularly limited, but a method of heating above the melting point in the presence or absence of a peroxide to melt and knead is common. As the polyolefin resin to be acid-modified, all of the polyolefin resins described above can be used, but polypropylene is particularly suitable for use. Although the acid-modified polypropylene may be used alone, it is more preferable to use it in combination with unmodified polypropylene in order to adjust the modification rate of the resin as a whole. The ratio of acid-modified polypropylene to all polypropylene at this time is 0.5% by mass to 50% by mass. A more preferable lower limit is 1% by mass, still more preferably 2% by mass, still more preferably 3% by mass, particularly preferably 4% by mass, and most preferably 5% by mass. A more preferred upper limit is 45% by mass, still more preferably 40% by mass, still more preferably 35% by mass, particularly preferably 30% by mass, and most preferably 20% by mass. In order to maintain the interfacial strength between the resin and cellulose, the lower limit or more is preferable, and in order to maintain the ductility of the resin, the upper limit or less is preferable.
酸変性されたポリプロピレンのISO1133に準拠して230℃、荷重21.2Nで測定されたメルトマスフローレイト(MFR)は、セルロース界面との親和性を高めるため、50g/10分以上であることが好ましい。より好ましい下限は100g/10分であり、更により好ましくは150g/10分、最も好ましくは200g/10分である。上限は特にないが、機械的強度の維持から500g/10分である。MFRをこの範囲内とすることにより、セルロースと樹脂との界面に存在しやすくなるという利点を享受できる。 The melt mass flow rate (MFR) of the acid-modified polypropylene measured at 230° C. and a load of 21.2 N in accordance with ISO 1133 is preferably 50 g/10 minutes or more in order to increase the affinity with the cellulose interface. . A more preferred lower limit is 100 g/10 min, even more preferably 150 g/10 min, and most preferably 200 g/10 min. Although there is no particular upper limit, it is 500 g/10 minutes for maintenance of mechanical strength. By setting the MFR within this range, it is possible to enjoy the advantage of being likely to exist at the interface between the cellulose and the resin.
ポリアミド系樹脂としては、ラクタム類の重縮合反応により得られるポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12や、1,6-ヘキサンジアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、1,7-ヘプタンジアミン、2-メチル-1-6-ヘキサンジアミン、1,8-オクタンジアミン、2-メチル-1,7-ヘプタンジアミン、1,9-ノナンジアミン、2-メチル-1,8-オクタンジアミン、1,10-デカンジアミン、1,11-ウンデカンジアミン、1,12-ドデカンジアミン、m-キシリレンジアミン等のジアミン類と、ブタン二酸、ペンタン二酸、ヘキサン二酸、ヘプタン二酸、オクタン二酸、ノナン二酸、デカン二酸、ベンゼン-1,2-ジカルボン酸、ベンゼン-1,3-ジカルボン酸、ベンゼン-1,4ジカルボン酸等、シクロヘキサン-1,3-ジカルボン酸、シクロヘキサン-1,4-ジカルボン酸等のジカルボン酸類との共重合体として得られるポリアミド6,6、ポリアミド6,10、ポリアミド6,11、ポリアミド6,12、ポリアミド6,T、ポリアミド6,I、ポリアミド9,T、ポリアミド10,T、ポリアミド2M5,T、ポリアミドMXD,6、ポリアミド6、C、ポリアミド2M5,C及び、これらがそれぞれ共重合された共重合体、一例としてポリアミド6,T/6,I等の共重合体が挙げられる。 Polyamide resins include polyamide 6, polyamide 11, polyamide 12 obtained by polycondensation reaction of lactams, 1,6-hexanediamine, 2-methyl-1,5-pentanediamine, 1,7-heptanediamine, 2-methyl-1-6-hexanediamine, 1,8-octanediamine, 2-methyl-1,7-heptanediamine, 1,9-nonanediamine, 2-methyl-1,8-octanediamine, 1,10- Diamines such as decanediamine, 1,11-undecanediamine, 1,12-dodecanediamine, m-xylylenediamine, butanedioic acid, pentanedioic acid, hexanedioic acid, heptanedioic acid, octanedioic acid, nonanedioic acid acid, decanedioic acid, benzene-1,2-dicarboxylic acid, benzene-1,3-dicarboxylic acid, benzene-1,4-dicarboxylic acid, etc., cyclohexane-1,3-dicarboxylic acid, cyclohexane-1,4-dicarboxylic acid Polyamide 6,6 obtained as a copolymer with dicarboxylic acids such as polyamide 6,6, polyamide 6,10, polyamide 6,11, polyamide 6,12, polyamide 6,T, polyamide 6,I, polyamide 9,T, polyamide 10, T, polyamide 2M5,T, polyamide MXD,6, polyamide 6,C, polyamide 2M5,C, and copolymers thereof, such as polyamide 6,T/6,I. mentioned.
これらポリアミド系樹脂の中でも、ポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド6,6、ポリアミド6,10、ポリアミド6,11、ポリアミド6,12といった脂肪族ポリアミドや、ポリアミド6,C、ポリアミド2M5,Cといった脂環式ポリアミドがより好ましい。 Among these polyamide resins, aliphatic polyamides such as polyamide 6, polyamide 11, polyamide 12, polyamide 6,6, polyamide 6,10, polyamide 6,11, polyamide 6,12, polyamide 6,C, polyamide 2M5,C Alicyclic polyamides such as
ポリアミド系樹脂の末端カルボキシル基濃度には特に制限はないが、好ましくは、20μモル/g以上、又は25μモル/g以上であってよく、好ましくは、150μモル/g以下、又は100μモル/g以下であってよい。 The terminal carboxyl group concentration of the polyamide resin is not particularly limited, but is preferably 20 μmol/g or more, or 25 μmol/g or more, preferably 150 μmol/g or less, or 100 μmol/g. may be:
ポリアミド系樹脂の末端アミノ基濃度は、好ましくは、20μモル/g以上、又は30μモル/g以上であってよく、好ましくは、150μモル/g以下、又は100μモル/g以下であってよい。 The terminal amino group concentration of the polyamide-based resin is preferably 20 μmol/g or more, or 30 μmol/g or more, and preferably 150 μmol/g or less, or 100 μmol/g or less.
ポリアミド系樹脂の末端アミノ基と末端カルボキシル基との合計濃度に特に制限はないが、好ましくは、10μモル/g以上、又は50μモル/g以上、又は100μモル/g以上、又は135μモル/g以上であってよく、樹脂が過度に低分子量になることによる粘度低下を防止して成形時のバリ発生等を抑制する観点から、好ましくは、500μモル/g以下、又は300μモル/g以下、又は135μモル/g以下、又は100μモル/g以下であってよい。 The total concentration of the terminal amino group and the terminal carboxyl group of the polyamide resin is not particularly limited, but is preferably 10 μmol/g or more, or 50 μmol/g or more, or 100 μmol/g or more, or 135 μmol/g. or more, and from the viewpoint of preventing a decrease in viscosity due to an excessively low molecular weight of the resin and suppressing burr generation during molding, it is preferably 500 μmol/g or less, or 300 μmol/g or less, or 135 μmol/g or less, or 100 μmol/g or less.
ポリアミド系樹脂の、カルボキシル末端基に対するアミノ末端基比率([NH2]/[COOH])は、好ましくは、1.00超、又は1.01以上、又は1.05以上、又は1.10以上である。アミノ末端基比率上限には特に制限はないが、樹脂組成物の色調を良好に維持する観点からは、好ましくは、10000以下、又は1000以下、又は100以下、又は10以下であってよい。 The ratio of amino terminal groups to carboxyl terminal groups ([NH 2 ]/[COOH]) of the polyamide resin is preferably greater than 1.00, or 1.01 or more, or 1.05 or more, or 1.10 or more. is. The upper limit of the amino terminal group ratio is not particularly limited, but it may be preferably 10000 or less, or 1000 or less, or 100 or less, or 10 or less from the viewpoint of maintaining good color tone of the resin composition.
ポリアミド系樹脂の末端基濃度の調整方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、ポリアミドの重合時に所定の末端基濃度となるように、ジアミン化合物、モノアミン化合物、ジカルボン酸化合物、モノカルボン酸化合物、酸無水物、モノイソシアネート、モノ酸ハロゲン化物、モノエステル、モノアルコール等の末端基と反応する末端調整剤を重合液に添加する方法が挙げられる。 A known method can be used as a method for adjusting the terminal group concentration of the polyamide-based resin. For example, a diamine compound, a monoamine compound, a dicarboxylic acid compound, a monocarboxylic acid compound, an acid anhydride, a monoisocyanate, a monoacid halide, a monoester, a monoalcohol, etc., can be used to obtain a predetermined terminal group concentration during the polymerization of the polyamide. A method of adding a terminal adjuster that reacts with the terminal group to the polymerization liquid can be used.
ポリアミド系樹脂のアミノ末端基及びカルボキシル末端基の濃度は、1H-NMRにより、各末端基に対応する特性シグナルの積分値から求めることができる。具体的には、特開平7-228775号公報に記載された方法が推奨される。 The amino terminal group and carboxyl terminal group concentrations of the polyamide-based resin can be determined from the integrated values of the characteristic signals corresponding to each terminal group by 1 H-NMR. Specifically, the method described in JP-A-7-228775 is recommended.
ポリアミド系樹脂は、濃硫酸中30℃の条件下で測定した固有粘度[η]が、0.6~2.0dL/gであることが好ましく、0.7~1.4dL/gであることがより好ましく、0.7~1.2dL/gであることが更に好ましく、0.7~1.0dL/gであることが特に好ましい。上記範囲の固有粘度を有するポリアミドを使用すると、樹脂組成物の射出成形時の金型内流動性を高め、成形片の外観を向上させるという利点が得られる。 The polyamide resin preferably has an intrinsic viscosity [η] of 0.6 to 2.0 dL/g, and preferably 0.7 to 1.4 dL/g, measured at 30°C in concentrated sulfuric acid. is more preferred, 0.7 to 1.2 dL/g is even more preferred, and 0.7 to 1.0 dL/g is particularly preferred. The use of a polyamide having an intrinsic viscosity within the above range has the advantage of increasing the fluidity of the resin composition in the mold during injection molding and improving the appearance of the molded piece.
本開示において、「固有粘度」とは、一般的に極限粘度と呼ばれている粘度と同義であり、例えば、Polymer Process Engineering(Prentice-Hall,Inc 1994)の291ページ~294ページ等に記載される方法で測定できる。 In the present disclosure, "intrinsic viscosity" is synonymous with viscosity generally called intrinsic viscosity, and is described, for example, in Polymer Process Engineering (Prentice-Hall, Inc 1994), pages 291-294. can be measured by
ポリエステル系樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)、ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)、ポリ乳酸(PLA)、ポリアリレート(PAR)、ポリカーボネート(PC)等から選ばれる1種又は2種以上を用いることができる。ポリエステル系樹脂としては、より好ましくは、PET、PBS、PBSA、PBT、PENが挙げられ、更に好ましくは、PBS、PBSA、PBTが挙げられる。 Polyester-based resins include polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA), and polybutylene adipate terephthalate (PBAT). , polyhydroxyalkanoic acid (PHA), polylactic acid (PLA), polyarylate (PAR), polycarbonate (PC), and the like. PET, PBS, PBSA, PBT, and PEN are more preferred as the polyester-based resin, and PBS, PBSA, and PBT are even more preferred.
また、ポリエステル系樹脂は、重合時のモノマー比率や末端安定化剤の添加の有無や量によって、末端基を自由に変えることが可能であるが、該ポリエステル系樹脂の全末端基に対するカルボキシル末端基比率([COOH]/[全末端基])が、0.30~0.95であることがより好ましい。カルボキシル末端基比率下限は、より好ましくは0.35であり、さらにより好ましくは、0.40であり、最も好ましくは0.45である。また、カルボキシル末端基比率上限は、より好ましくは0.90であり、さらにより好ましくは、0.85であり、最も好ましくは0.80である。上記カルボキシル末端基比率は、セルロースの組成物中への分散性の観点から0.30以上とすることが望ましく、得られる組成物の色調の観点から0.95以下とすることが望ましい。 In addition, the terminal groups of the polyester resin can be freely changed depending on the monomer ratio during polymerization and the presence or absence and amount of addition of a terminal stabilizer. More preferably, the ratio ([COOH]/[total terminal groups]) is from 0.30 to 0.95. The carboxyl end group ratio lower limit is more preferably 0.35, still more preferably 0.40, and most preferably 0.45. Also, the upper limit of the carboxyl terminal group ratio is more preferably 0.90, still more preferably 0.85, and most preferably 0.80. The carboxyl terminal group ratio is desirably 0.30 or more from the viewpoint of dispersibility of cellulose in the composition, and desirably 0.95 or less from the viewpoint of the color tone of the resulting composition.
ポリアセタール系樹脂としては、ホルムアルデヒドを原料とするホモポリアセタールと、トリオキサンを主モノマーとし、1,3-ジオキソランをコモノマー成分として含むコポリアセタールが一般的であり、両者とも使用可能であるが、加工時の熱安定性の観点から、コポリアセタールが好ましく使用できる。特に、コモノマー成分(例えば1,3-ジオキソラン)由来構造の量としては0.01~4モル%の範囲内がより好ましい。コモノマー成分由来構造の量の好ましい下限量は、0.05モル%であり、より好ましくは0.1モル%であり、さらにより好ましくは0.2モル%である。また好ましい上限量は、3.5モル%であり、さらに好ましくは3.0モル%であり、さらにより好ましくは2.5モル%、最も好ましくは2.3モル%である。 Polyacetal-based resins generally include homopolyacetal made from formaldehyde and copolyacetal containing trioxane as a main monomer and 1,3-dioxolane as a comonomer component. From the viewpoint of thermal stability, copolyacetal can be preferably used. In particular, the amount of comonomer component (eg, 1,3-dioxolane)-derived structure is more preferably in the range of 0.01 to 4 mol %. A preferred lower limit for the amount of comonomer component-derived structures is 0.05 mol %, more preferably 0.1 mol %, and even more preferably 0.2 mol %. A preferred upper limit is 3.5 mol %, more preferably 3.0 mol %, even more preferably 2.5 mol %, most preferably 2.3 mol %.
押出加工や成形加工時の熱安定性の観点から、下限は上述の範囲内とすることが望ましく、機械的強度の観点より、上限は上述の範囲内とすることが望ましい。 From the viewpoint of thermal stability during extrusion or molding, the lower limit is preferably within the above range, and from the viewpoint of mechanical strength, the upper limit is preferably within the above range.
樹脂としては、セルロースとの親和性の観点から、親水性基(例えば、水酸基、アミノ基及びカルボキシ基から選ばれる1種以上)を有する樹脂が特に好ましい。親水性基を有する樹脂の好適例は、酸変性ポリオレフィン系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、及びアクリル系樹脂からなる群から選択される1種以上である。中でもポリアミド系樹脂及びマレイン化ポリプロピレンが好ましい。 As the resin, a resin having a hydrophilic group (for example, one or more selected from a hydroxyl group, an amino group and a carboxy group) is particularly preferable from the viewpoint of affinity with cellulose. Preferred examples of the resin having a hydrophilic group are selected from the group consisting of acid-modified polyolefin resins, polyacetal resins, polycarbonate resins, polyamide resins, polyester resins, polyphenylene ether resins, and acrylic resins. more than seeds. Among them, polyamide-based resins and maleated polypropylene are preferred.
<追加の成分>
本実施形態の樹脂組成物は、その性能を向上させるために、必要に応じて追加の成分をさらに含んでもよい。追加の成分としては、分散剤;セルロース以外のフィラー成分;相溶化剤;可塑剤;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;ゼオライト、セラミックス、タルク、シリカ、金属酸化物、金属粉末等の無機化合物;着色剤;香料;顔料;流動調整剤;レベリング剤;導電剤;酸化防止剤;帯電防止剤;紫外線吸収剤;紫外線分散剤;消臭剤等が挙げられる。任意の追加の成分の樹脂組成物中の含有割合は、本発明の所望の効果が損なわれない範囲で適宜選択されるが、例えば0.01~50質量%、又は0.1~30質量%であってよい。
<Additional ingredients>
The resin composition of the present embodiment may further contain additional components as necessary in order to improve its performance. Additional components include dispersants; filler components other than cellulose; compatibilizers; plasticizers; polysaccharides such as starches and alginic acid; Inorganic compounds such as oxides and metal powders; colorants; fragrances; pigments; flow control agents; leveling agents; . The content of any additional component in the resin composition is appropriately selected within a range that does not impair the desired effect of the present invention, for example, 0.01 to 50% by mass, or 0.1 to 30% by mass. can be
分散剤としては、セルロースの水酸基と反応又は水素結合し得る化合物が好ましい。分散剤の好適例は、セルロース誘導体、ポリアルキレンオキシド、アミド及びアミンからなる群から選択される1種以上である。中でも、セルロース誘導体は、セルロース系物質であることからセルロースとの親和性が高い一方で、熱可塑性樹脂でもあることから、樹脂組成物中でのセルロースの分散安定性向上効果が高く好ましい。分散剤としては、水より高い沸点を有するものが好ましい。なお、水よりも高い沸点とは、水の蒸気圧曲線における各圧力における沸点(例えば、1気圧下では100℃)よりも高い沸点を指す。 As the dispersing agent, a compound capable of reacting with or hydrogen bonding with hydroxyl groups of cellulose is preferred. Preferred examples of dispersants are one or more selected from the group consisting of cellulose derivatives, polyalkylene oxides, amides and amines. Among them, cellulose derivatives are preferable because they are cellulose-based substances and therefore have high affinity with cellulose, while they are also thermoplastic resins, and therefore have a high effect of improving the dispersion stability of cellulose in the resin composition. Dispersants having a boiling point higher than that of water are preferred. The boiling point higher than that of water refers to a boiling point higher than the boiling point at each pressure in the vapor pressure curve of water (for example, 100° C. under 1 atm).
樹脂組成物中、セルロース100質量部に対する分散剤の量は、セルロースの良好な分散及びネットワーク形成の観点から、好ましくは、1質量部以上、又は5質量部以上、又は10質量部以上、又は20質量部以上であり、樹脂組成物の性能のばらつき低減の観点から、好ましくは、500質量部以下、又は300質量部以下、又は200質量部以下である。 In the resin composition, the amount of the dispersant with respect to 100 parts by mass of cellulose is preferably 1 part by mass or more, or 5 parts by mass or more, or 10 parts by mass or more, or 20 parts by mass, from the viewpoint of good dispersion and network formation of cellulose. It is at least 500 parts by mass, preferably 300 parts by mass or less, or 200 parts by mass or less from the viewpoint of reducing variations in performance of the resin composition.
以下、樹脂組成物の製造方法の工程例について説明する。 Hereinafter, process examples of the method for producing a resin composition will be described.
[方法1]
一態様において、樹脂組成物の製造方法は、
セルロースを含むパルプをエステル化してエステル化パルプを得る変性工程と、
該エステル化パルプを精製する精製工程と、
精製後のエステル化パルプを樹脂と混合するとともに解繊して、エステル化セルロースナノファイバーと樹脂とを含む樹脂組成物を生成する、解繊混合工程と、
を含む。
[Method 1]
In one aspect, the method for producing a resin composition comprises:
A modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp;
a refining step of refining the esterified pulp;
A defibration and mixing step of mixing the purified esterified pulp with a resin and defibrating it to produce a resin composition containing the esterified cellulose nanofibers and the resin;
including.
変性工程は、前述の≪エステル化セルロースナノファイバーの製造方法≫における<変性工程>と同様に行ってよい。したがって、上記エステル化パルプは、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含んでよい。 The modification step may be carried out in the same manner as the <modification step> in the <<method for producing esterified cellulose nanofibers>> described above. Therefore, the esterified pulp may contain a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5.
精製工程は、前述の≪エステル化セルロースナノファイバーの製造方法≫の<解繊精製工程>において、解繊前に行う場合の精製と同様に行ってよい。したがって、上記精製は高DS成分の少なくとも一部の除去である。 The refining step may be performed in the same manner as the refining performed before defibration in <Defibering and refining step> of <<Method for producing esterified cellulose nanofibers>> described above. The purification is thus the removal of at least a portion of the high DS components.
解繊混合工程では、精製後のエステル化パルプを樹脂と混合するとともに解繊する。具体的には、上述のエステル化パルプを、熱可塑性樹脂と共に、ミキシングローラ、ニーダ、バンバリーミキサ又は押出機等の混練手段により解繊することができる。 In the defibration and mixing step, the purified esterified pulp is mixed with a resin and fibrillated. Specifically, the above-mentioned esterified pulp can be defibrated together with a thermoplastic resin by kneading means such as a mixing roller, a kneader, a Banbury mixer, or an extruder.
[方法2]
一態様において、樹脂組成物の製造方法は、
セルロースを含むパルプをエステル化してエステル化パルプを得る変性工程と、
該エステル化パルプを樹脂と混合するとともに解繊して、エステル化セルロースナノファイバーと樹脂とを含む樹脂組成物を生成する、解繊混合工程と、
を含む。
[Method 2]
In one aspect, the method for producing a resin composition comprises:
A modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp;
A defibration and mixing step of mixing the esterified pulp with a resin and fibrillating it to produce a resin composition containing the esterified cellulose nanofibers and the resin;
including.
変性工程は、前述の≪エステル化セルロースナノファイバーの製造方法≫における<変性工程>と同様に行ってよい。したがって、上記エステル化パルプは、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含んでよい。 The modification step may be carried out in the same manner as the <modification step> in the <<method for producing esterified cellulose nanofibers>> described above. Therefore, the esterified pulp may contain a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5.
解繊混合工程では、エステル化パルプを樹脂と混合するとともに解繊する。具体的には、上述のエステル化パルプを、熱可塑性樹脂と共に、ミキシングローラ、ニーダ、バンバリーミキサ又は押出機等の混練手段により解繊することができる。
本工程では、エステル化パルプの高DS成分の少なくとも一部をエステル化パルプから樹脂相中に移行させる。高DS成分を樹脂相中に移行させるのに好適な条件としては、高DS成分と低DS成分とのDSの差が大きいことが挙げられる。高DS成分と低DS成分とのDS差は、好ましくは0.5以上、又は0.6以上、又は0.7以上である。上記DS差は、良好な物性と樹脂中への良好な分散性とを併せ持つエステル化セルロースナノファイバーを得る観点から、例えば、2.5以下、又は2.0以下、又は1.5以下であってもよい。上記DS差は、エステル化の程度がパルプ表面で高くパルプ内部で低くなるようにエステル化条件を調整する方法等によって調整できる。
In the defibration and mixing step, the esterified pulp is mixed with the resin and fibrillated. Specifically, the above-mentioned esterified pulp can be defibrated together with a thermoplastic resin by kneading means such as a mixing roller, a kneader, a Banbury mixer, or an extruder.
In this step, at least part of the high DS component of the esterified pulp is transferred from the esterified pulp into the resin phase. Suitable conditions for transferring the high DS component into the resin phase include a large difference in DS between the high DS component and the low DS component. The DS difference between the high DS component and the low DS component is preferably 0.5 or more, or 0.6 or more, or 0.7 or more. The DS difference is, for example, 2.5 or less, or 2.0 or less, or 1.5 or less from the viewpoint of obtaining an esterified cellulose nanofiber having both good physical properties and good dispersibility in a resin. may The DS difference can be adjusted by adjusting the esterification conditions so that the degree of esterification is high on the pulp surface and low inside the pulp.
解繊混合工程の好ましいプロセス条件としては、二軸押出工程の途中にせき止め効果のあるゾーンを設けることである。このゾーンはエステル化パルプと熱可塑性樹脂との混合物をせき止めるか逆送りする働きを持つエレメントから構成され、通常はシールディスク、逆フライト、逆ニーディングディスクエレメント等が設けられる。特に、生産性を上げるために大型の二軸押出機を用いる場合には、吐出量を大きくする必要があるため、混練が不十分になり、高DS成分が樹脂とエステル化セルロース繊維との界面に局在して補強効果が減ずることがあるが、前述のエレメントを有するスクリューを用いることで、高DS成分の樹脂中への移行が促進される。 A preferred process condition for the defibration and mixing step is to provide a zone with a damming effect in the middle of the twin-screw extrusion step. This zone consists of elements which serve to dam or reverse the mixture of esterified pulp and thermoplastic resin, usually provided with sealing discs, reverse flights, reverse kneading disc elements and the like. In particular, when using a large twin-screw extruder to increase productivity, it is necessary to increase the discharge rate, resulting in insufficient kneading and a high DS component at the interface between the resin and the esterified cellulose fiber. However, the use of a screw having the aforementioned element promotes migration of the high DS component into the resin.
[方法3]
一態様において、樹脂組成物の製造方法は、
セルロースを含むパルプをエステル化してエステル化パルプを得る変性工程と、
エステル化パルプを精製する精製工程と、
精製後のエステル化パルプを解繊してエステル化セルロースナノファイバーを生成する解繊工程と、
解繊工程で得たエステル化セルロースナノファイバーと樹脂とを混合して樹脂組成物を生成する混合工程と、
を含む。
[Method 3]
In one aspect, the method for producing a resin composition comprises:
A modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp;
A refining step of refining the esterified pulp;
A defibration step of defibrating the purified esterified pulp to generate esterified cellulose nanofibers;
a mixing step of mixing the esterified cellulose nanofibers obtained in the fibrillation step and a resin to produce a resin composition;
including.
変性工程は、前述の≪エステル化セルロースナノファイバーの製造方法≫における<変性工程>と同様に行ってよい。したがって、上記エステル化パルプは、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含んでよい。 The modification step may be carried out in the same manner as the <modification step> in the <<method for producing esterified cellulose nanofibers>> described above. Therefore, the esterified pulp may contain a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5.
精製工程は、前述の≪エステル化セルロースナノファイバーの製造方法≫の<解繊精製工程>において、解繊前に行う場合の精製と同様に行ってよい。したがって、上記精製は高DS成分の少なくとも一部の除去である。 The refining step may be performed in the same manner as the refining performed before defibration in <Defibering and refining step> of <<Method for producing esterified cellulose nanofibers>> described above. The purification is thus the removal of at least a portion of the high DS components.
解繊工程は、前述の≪エステル化セルロースナノファイバーの製造方法≫の<解繊精製工程>において、精製後に行う場合の解繊と同様に行ってよい。 The defibration step may be carried out in the same manner as the fibrillation performed after purification in the <fibrillation purification step> of the above-mentioned <<method for producing esterified cellulose nanofibers>>.
混合工程では、解繊工程で得たエステル化セルロースナノファイバーと樹脂とを混合して樹脂組成物を生成する。エステル化セルロースナノファイバーは、乾燥体又はスラリー(例えば水分散体)の形態で、樹脂と溶融混練してよい。溶融混練時の加熱温度は、使用する樹脂に合わせて調整することができ、樹脂の融点以上であるが当該融点を大幅に上回らない温度が好ましい。加熱温度は、好ましくは、樹脂の融点以上、又は当該融点+20℃以上、又は当該融点+30℃以上、又は当該融点+40℃以上であり、樹脂組成物の熱劣化抑制の観点から、好ましくは、当該融点+90℃以下、又は当該融点+80℃以下、又は当該融点+70℃以下である。上記融点は、樹脂組成物が複数種の熱可塑性樹脂を含む場合には最も高温側の融点を意味する。なお、熱可塑性樹脂供給業者が推奨する最低加工温度は、ナイロン66では255~270℃、ナイロン6では225~240℃、ポリアセタール樹脂では170℃~190℃、ポリプロピレンでは160~180℃である。加熱設定温度は、これらの推奨最低加工温度より20℃高い温度の範囲であってよい。 In the mixing step, the resin composition is produced by mixing the esterified cellulose nanofibers obtained in the fibrillation step with the resin. Esterified cellulose nanofibers may be melt-kneaded with a resin in the form of a dry body or a slurry (for example, an aqueous dispersion). The heating temperature during melt-kneading can be adjusted according to the resin to be used, and is preferably a temperature that is equal to or higher than the melting point of the resin but does not significantly exceed the melting point. The heating temperature is preferably the melting point of the resin or higher, or the melting point +20° C. or higher, or the melting point +30° C. or higher, or the melting point +40° C. or higher. The melting point is +90°C or less, or the melting point +80°C or less, or the melting point +70°C or less. The above melting point means the highest melting point when the resin composition contains a plurality of types of thermoplastic resins. The minimum processing temperatures recommended by thermoplastic resin suppliers are 255 to 270°C for nylon 66, 225 to 240°C for nylon 6, 170 to 190°C for polyacetal resin, and 160 to 180°C for polypropylene. Heat set temperatures may range from 20° C. above these recommended minimum processing temperatures.
溶融混練に供される混合物の水分率は、好ましくは、0.2質量%以下、又は0.1質量%以下、又は0.07質量%以下である。上記水分率は、工程管理容易性の観点から、例えば、0.001質量%以上であってよい。 The moisture content of the mixture to be melt-kneaded is preferably 0.2% by mass or less, or 0.1% by mass or less, or 0.07% by mass or less. The moisture content may be, for example, 0.001% by mass or more from the viewpoint of ease of process control.
溶融混練には、単軸押出機、二軸押出機等の押出機を使用できるが、二軸押出機がセルロースの分散性を制御する上で好ましい。押出機のシリンダー長(L)をスクリュー径(D)で除したL/Dは、40以上が好ましく、特に好ましくは50以上である。また、混練時のスクリュー回転数は、100~800rpmの範囲が好ましく、より好ましくは150~600rpmの範囲内である。これらはスクリューのデザインにより、変化する。樹脂組成物の熱劣化を抑制する観点から、弱練り(すなわち、小剪断力下での混練)が好適である。弱練りは、例えば、押出機のスクリュー構成において搬送ゾーンを多く設けること、スクリューの回転数を小さくすること等によって実現できる。押出機のシリンダー内の各スクリューは、楕円形の二翼のねじ形状のフルフライトスクリュー、ニーディングディスクと呼ばれる混練エレメント、等を組み合わせて最適化される。 For melt-kneading, an extruder such as a single-screw extruder or a twin-screw extruder can be used, but a twin-screw extruder is preferable for controlling the dispersibility of cellulose. L/D obtained by dividing the cylinder length (L) of the extruder by the screw diameter (D) is preferably 40 or more, particularly preferably 50 or more. Further, the screw rotation speed during kneading is preferably in the range of 100 to 800 rpm, more preferably in the range of 150 to 600 rpm. These will vary depending on the screw design. From the viewpoint of suppressing thermal deterioration of the resin composition, weak kneading (that is, kneading under a small shear force) is suitable. Weak kneading can be achieved, for example, by providing a large number of conveying zones in the screw configuration of the extruder, reducing the rotation speed of the screw, and the like. Each screw in the cylinder of the extruder is optimized by combining an elliptical two-blade screw-shaped full-flight screw, a kneading element called a kneading disk, and the like.
≪樹脂組成物の形状≫
本実施形態の樹脂組成物は、種々の形状での提供が可能である。具体的には、樹脂ペレット状、シート状、繊維状、板状、棒状等が挙げられるが、樹脂ペレット形状が、後加工の容易性及び運搬の容易性から好ましい。好ましい樹脂ペレット形状としては、丸型、楕円型、円柱型などが挙げられ、形状は押出加工時のカット方式により異なってよい。例えば、アンダーウォーターカットと呼ばれるカット方法で切断されたペレットは、丸型になることが多く、ホットカットと呼ばれるカット方法で切断されたペレットは丸型又は楕円型になることが多く、ストランドカットと呼ばれるカット方法で切断されたペレットは円柱状になることが多い。丸型ペレットの好ましいペレット直径は、1mm以上3mm以下である。円柱状ペレットの好ましい直径は、1mm以上3mm以下であり、好ましい長さは、2mm以上10mm以下である。上記の直径及び長さは、押出時の運転安定性の観点から、下限以上とすることが望ましく、後加工での成形機への噛み込み性の観点から、上限以下とすることが望ましい。
<<Shape of resin composition>>
The resin composition of this embodiment can be provided in various forms. Specifically, resin pellets, sheets, fibers, plates, rods, and the like may be used, but resin pellets are preferred from the standpoint of ease of post-processing and ease of transportation. Preferable resin pellet shapes include round, elliptical, and cylindrical shapes, and the shape may vary depending on the cutting method during extrusion. For example, pellets cut by a cutting method called underwater cutting are often round, and pellets cut by a cutting method called hot cutting are often round or oval. Pellets cut by the so-called cutting method often have a cylindrical shape. A preferable pellet diameter of round pellets is 1 mm or more and 3 mm or less. A preferable diameter of the cylindrical pellet is 1 mm or more and 3 mm or less, and a preferable length thereof is 2 mm or more and 10 mm or less. From the viewpoint of operational stability during extrusion, the above diameter and length are preferably at least the lower limit, and from the viewpoint of biting into a molding machine in post-processing, they are preferably at most the upper limit.
本実施形態の樹脂組成物は、種々の樹脂成形体として利用可能である。樹脂成形体の製造方法に特に制限はないが、射出成形法、押出成形法、ブロー成形法、インフレーション成形法、発泡成形法などが使用可能である。これらの中では射出成形法がデザイン性及びコストの観点から特に好ましい。 The resin composition of this embodiment can be used as various resin moldings. There are no particular restrictions on the method for producing the resin molded article, but injection molding, extrusion molding, blow molding, inflation molding, foam molding, and the like can be used. Among these, the injection molding method is particularly preferable from the viewpoint of design and cost.
≪樹脂組成物の用途≫
本実施形態の方法で得られる樹脂組成物は、鋼板、繊維強化プラスチック(例えば炭素繊維強化プラスチック、ガラス繊維強化プラスチック等)、無機フィラーを含む樹脂コンポジット、等の代替品として有用である。樹脂組成物の好適な用途としては、産業用機械部品、一般機械部品、自動車・鉄道・車両・船舶・航空宇宙関連部品、電子・電気部品、建築・土木材料、生活用品、スポーツ・レジャー用品、風力発電用筐体部材、容器・包装部材、等を例示できる。
≪Use of resin composition≫
The resin composition obtained by the method of the present embodiment is useful as a substitute for steel plates, fiber-reinforced plastics (for example, carbon-fiber-reinforced plastics, glass-fiber-reinforced plastics, etc.), resin composites containing inorganic fillers, and the like. Suitable uses of the resin composition include industrial machine parts, general machine parts, automobile/railway/vehicle/vessel/aerospace parts, electronic/electrical parts, construction/civil engineering materials, household goods, sports/leisure goods, Case members for wind power generation, containers/packaging members, and the like can be exemplified.
以下、本発明の例示の態様について実施例を挙げて更に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be further described with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
≪評価方法≫
<エステル化パルプ及びエステル化セルロースナノファイバーの平均繊維径及びL/D>
ウェットケーキをtert-ブタノールで0.01質量%まで希釈し、高剪断ホモジナイザー(IKA製、商品名「ウルトラタラックスT18」)を用い、処理条件:回転数25,000rpm×5分間で分散させ、マイカ上にキャストし、風乾したものを、高分解能走査型電子顕微鏡で測定した。測定に際し、少なくとも100本のセルロースが観測されるように、倍率を調整して、互いに重ならない複数の視野での撮像を行った。具体的には、まず5視野で撮像し、全視野合計でのセルロース本数を計測し、当該本数が100本未満の場合は、更に5視野追加して計10視野の像を得て全視野合計でのセルロース本数を計測した。これを繰り返し、全視野合計でのセルロース本数が100本以上になるまで5視野ずつ像を追加した。このようにして得た像において100本以上のセルロースから無作為に選んだ100本のセルロースの長さ(L)、長径(D)及びこれらの比を求め、100本のセルロースの加算平均を算出した。
≪Evaluation method≫
<Average Fiber Diameter and L/D of Esterified Pulp and Esterified Cellulose Nanofiber>
Dilute the wet cake with tert-butanol to 0.01% by mass, use a high shear homogenizer (manufactured by IKA, trade name "Ultra Turrax T18"), treatment conditions: rotation speed 25,000 rpm × 5 minutes Dispersed, Cast on mica, air-dried, and measured by high-resolution scanning electron microscopy. In the measurement, the magnification was adjusted so that at least 100 cellulose fibers were observed, and images were taken in a plurality of fields of view that do not overlap each other. Specifically, first, images are taken in 5 fields of view, and the total number of cellulose fibers in all fields of view is counted. If the number is less than 100, an additional 5 fields of view are added to obtain images of a total of 10 fields of view. The number of cellulose in was measured. This was repeated, and images were added for each 5 fields of view until the total number of cellulose lines in all fields of view reached 100 or more. In the image obtained in this way, the length (L) of 100 celluloses randomly selected from 100 or more celluloses, the major diameter (D), and the ratio of these are obtained, and the addition average of 100 celluloses is calculated. did.
<エステル化パルプ及びエステル化セルロースナノファイバーの多孔質シートの作製>
まず、ウェットケーキをtert-ブタノール中に添加し、さらにミキサー等で凝集物が無い状態まで分散処理を行った。セルロース固形分重量0.5gに対し、濃度が0.5質量%となるように調整した。得られたtert-ブタノール分散液100gをろ紙上で濾過し、150℃にて乾燥させた後、ろ紙を剥離してシートを得た。このシートの透気抵抗度がシート目付10g/m2あたり100sec/100ml以下のものを多孔質シートとし、測定サンプルとして使用した。
なお樹脂組成物中のアセチル化セルロースナノファイバーについては、樹脂を溶解し、かつエステル化パルプやエステル化セルロースナノファイバーを溶解しない溶媒(ポリアミドについて、ヘキサフルオロイソプロパノール)で組成物を溶解分散させ、遠心分離や濾過で回収した不溶分を、前記溶媒、エタノール、水の順に洗浄する方法で得た試料を測定サンプルとして使用した。
<Preparation of porous sheet of esterified pulp and esterified cellulose nanofiber>
First, the wet cake was added to tert-butanol, and then subjected to dispersion treatment using a mixer or the like until no aggregates were present. The concentration was adjusted to 0.5% by mass with respect to 0.5 g of cellulose solid content. 100 g of the obtained tert-butanol dispersion was filtered on a filter paper and dried at 150° C. After that, the filter paper was peeled off to obtain a sheet. A porous sheet having an air resistance of 100 sec/100 ml or less per 10 g/m 2 sheet basis weight was used as a measurement sample.
Regarding the acetylated cellulose nanofibers in the resin composition, the composition is dissolved and dispersed in a solvent (hexafluoroisopropanol for polyamide) that dissolves the resin but does not dissolve the esterified pulp and the esterified cellulose nanofibers, followed by centrifugation. A sample obtained by washing the insoluble matter collected by separation or filtration with the solvent, ethanol, and water in this order was used as a measurement sample.
<エステル化パルプ及びエステル化セルロースナノファイバーの結晶化度>
前述の多孔質シートについて、X線回折測定を行い、下記式より結晶化度を算出した。
結晶化度(%)=[I(200)-I(amorphous)]/I(200)×100
I(200):セルロースI型結晶における200面(2θ=22.5°)による回折ピーク強度
I(amorphous):セルロースI型結晶におけるアモルファスによるハローピーク強度であって、200面の回折角度より4.5°低角度側(2θ=18.0°)のピーク強度
(X線回折測定条件)
装置 MiniFlex(株式会社リガク製)
操作軸 2θ/θ
線源 CuKα
測定方法 連続式
電圧 40kV
電流 15mA
開始角度 2θ=5°
終了角度 2θ=30°
サンプリング幅 0.020°
スキャン速度 2.0°/min
サンプル:試料ホルダー上に多孔質シートを貼り付け
<Crystallinity of esterified pulp and esterified cellulose nanofiber>
The porous sheet described above was subjected to X-ray diffraction measurement, and the degree of crystallinity was calculated from the following formula.
Crystallinity (%) = [I (200) - I (amorphous) ] / I (200) × 100
I (200) : diffraction peak intensity by 200 plane (2θ = 22.5°) in cellulose type I crystal I (amorphous) : halo peak intensity by amorphous in cellulose type I crystal, 4 from the diffraction angle of 200 plane .5° low angle side (2θ = 18.0°) peak intensity (X-ray diffraction measurement conditions)
Device MiniFlex (manufactured by Rigaku Corporation)
Operation axis 2θ/θ
Radiation source CuKα
Measurement method Continuous type Voltage 40 kV
Current 15mA
Start angle 2θ=5°
End angle 2θ=30°
Sampling width 0.020°
Scan speed 2.0°/min
Sample: Paste a porous sheet on the sample holder
<エステル化パルプ及びエステル化セルロースナノファイバーのエステル化度(DS)>
前述の多孔質シートの3か所のATR-IR法による赤外分光スペクトルを、フーリエ変換赤外分光光度計(ThermoFisherScientific社製 Nicolet Summit Pro)で測定した。赤外分光スペクトル測定は以下の条件で行った。
積算回数:16回、
波数分解能:4cm-1
ATR結晶:ダイヤモンド、
入射角:45°
得られたIRスペクトルよりIRインデックスを、下記式:
IRインデックス= H1730/H1030
に従って算出した。式中、H1730及びH1030は1730cm-1、1030cm-1(セルロース骨格鎖C-O伸縮振動の吸収バンド)における吸光度である。ただし、それぞれ1900cm-1と1500cm-1を結ぶ線と800cm-1と1500cm-1を結ぶ線をベースラインとして、このベースラインを吸光度0とした時の吸光度を意味する。
そして、各測定場所の平均置換度をIRインデックスより下記式に従って算出し、その平均値をDSとした。
DS=4.13×IRインデックス
<Esterification degree (DS) of esterified pulp and esterified cellulose nanofiber>
The infrared spectroscopy spectrum of the porous sheet described above was measured at three locations by the ATR-IR method with a Fourier transform infrared spectrophotometer (Nicolet Summit Pro manufactured by ThermoFisher Scientific). Infrared spectral measurement was performed under the following conditions.
Accumulated times: 16 times,
Wavenumber resolution: 4 cm -1
ATR Crystal: Diamond,
Incident angle: 45°
IR index from the obtained IR spectrum, the following formula:
IR index = H1730/H1030
Calculated according to In the formula, H1730 and H1030 are absorbances at 1730 cm -1 and 1030 cm -1 (absorption bands of cellulose backbone CO stretching vibration). However, a line connecting 1900 cm -1 and 1500 cm -1 and a line connecting 800 cm -1 and 1500 cm -1 are used as baselines, respectively, and the absorbance is defined as the absorbance of this baseline being 0.
Then, the average degree of substitution at each measurement location was calculated from the IR index according to the following formula, and the average value was taken as DS.
DS = 4.13 x IR index
<エステル化パルプ中の高DS成分及び低DS成分の存在の確認>
後述の製造例でエステル化パルプを製造する際に、エステル化反応後にスラリーを一部抜き取った。スラリーに20℃以上の室温にてDMSOを追加して孔径5μmのPTFEメンブレンフィルタで濾過することにより、濾液と濾物とに分離した。濾液を赤外分光光度計のATR結晶の上で乾固し、被膜のIRスペクトルを測定して得た値を高DS成分のDSとした。また、上記濾物をさらに水洗して、前述の方法で多孔質シートを作製してIRスペクトルを測定して得た値を低DS成分のDSとした。
<Confirmation of presence of high DS component and low DS component in esterified pulp>
A part of the slurry was extracted after the esterification reaction when producing the esterified pulp in the Production Examples described later. DMSO was added to the slurry at a room temperature of 20° C. or higher, and the slurry was filtered through a PTFE membrane filter with a pore size of 5 μm to separate the filtrate and the filtrate. The filtrate was dried on an ATR crystal of an infrared spectrophotometer, and the value obtained by measuring the IR spectrum of the film was taken as the DS of the high DS component. Further, the filter cake was further washed with water to prepare a porous sheet by the method described above, and the value obtained by measuring the IR spectrum was used as the DS of the low DS component.
<精製で除去された成分中の高DS成分の存在確認>
後述の製造例で回収した精製除去物を乾燥した粉体を試料としてX線回折測定して結晶化度が50%未満であることを確認し、さらに、回収した精製除去物を20℃以上の室温にてDMSOに再溶解し、遠心分離機で上澄みと沈殿とに分け、上澄みを赤外分光光度計のATR結晶の上で乾固し、被膜のIRスペクトル測定で得たDS値が1.5以上である場合、精製除去物中に高DS成分が存在していると判定した。
<Confirmation of presence of high DS components in components removed by purification>
The powder obtained by drying the purification-removed material collected in the production example described later was subjected to X-ray diffraction measurement as a sample to confirm that the degree of crystallinity was less than 50%. It was re-dissolved in DMSO at room temperature, separated into a supernatant and a precipitate by a centrifuge, the supernatant was dried on an ATR crystal of an infrared spectrophotometer, and the DS value obtained by IR spectrum measurement of the film was 1.5. When it was 5 or more, it was determined that a high DS component was present in the purification removal.
<樹脂組成物における樹脂中への高DS成分の移行有無確認>
後述の実施例6、参考例1、比較例3で得た樹脂組成物をヘキサフルオロイソプロパノールで溶解分散させ、遠心分離で不溶分を沈降させて上澄みを分取した。孔径0.20μmのメンブレンフィルタで上澄みを濾過した後、乾固させてフィルム状のシートを得た。シートを粉砕処理してDMSOを加え、高DS成分を抽出した液を前記と同様ATR-IRで分析することによって、樹脂中への高DS成分の移行有無を確認した。
<Confirmation of migration of high DS component into resin in resin composition>
The resin compositions obtained in Example 6, Reference Example 1, and Comparative Example 3, which will be described later, were dissolved and dispersed in hexafluoroisopropanol, and the insoluble matter was sedimented by centrifugation to separate the supernatant. After filtering the supernatant through a membrane filter with a pore size of 0.20 μm, the filtrate was dried to obtain a film-like sheet. The sheet was pulverized, DMSO was added, and the high DS component was extracted, and the liquid was analyzed by ATR-IR in the same manner as described above to confirm whether or not the high DS component migrated into the resin.
<樹脂組成物の引張降伏強度及び引張破断伸度>
樹脂組成物ペレットを、射出成形機を用いISO294-3に準拠した多目的試験片を成形し、JIS K6920-2に準拠した条件でn=10で実施した。
<Tensile yield strength and tensile elongation at break of the resin composition>
Using an injection molding machine, the resin composition pellets were molded into multi-purpose test specimens conforming to ISO294-3, and the molding was performed under the conditions conforming to JIS K6920-2 with n=10.
<成形片外観>
多目的試験片の外観を目視で観察した。
<Appearance of molded piece>
The appearance of the multipurpose test piece was visually observed.
<総合判定>
成形片の引張降伏強度、引張破断伸度、及び成形片外観を総合的に判断して、優れたものを○、特に優れたものを◎、不良なものを×とした。
<Comprehensive judgment>
The tensile yield strength, tensile elongation at break, and appearance of the molded piece were comprehensively judged, and the excellent one was evaluated as ◯, the particularly excellent one as ⊚, and the poor one as x.
≪使用材料≫
<樹脂>
ポリアミド6(以下、単にPA6と称す。)
UBEナイロン 1013B(宇部興産株式会社製)
<パルプ>
コットンリンターパルプ
日本紙パルプ商事株式会社より入手したパルプシートをそのまま使用した。
≪Materials used≫
<Resin>
Polyamide 6 (hereinafter simply referred to as PA6)
UBE Nylon 1013B (manufactured by Ube Industries, Ltd.)
<Pulp>
Cotton linter pulp A pulp sheet obtained from Japan Pulp & Paper Co., Ltd. was used as it was.
≪エステル化パルプの製造≫
<製造例1>(溶媒溶解による精製)
ジャケット付きの40L反応釜に、ジメチルスルホキシド(30kg)を加え、触媒の炭酸水素ナトリウム(0.48kg)とパルプ原料(1.5kg)を投入して撹拌した。ジャケットに温水を流して、液温45℃まで加温した。反応釜内部を窒素で置換して、酢酸ビニル(1.4kg)を投入した。1時間反応を行い、純水(10kg)を加えて反応を停止した。100Lヌッチェフィルタに濾布(PP9B、中尾フィルター工業社から入手可能)をセットして、純水(50kg)と反応液を投入して室温にて加圧濾過を行った(1回目濾過)。さらに室温にて純水(50kg)による加圧濾過を3回繰り返し(2~4回目濾過)、合計4回の加圧濾過を行った。次に、室温にてアセトン(30kg)を加えて加圧濾過を2回繰り返し(アセトンを高DS成分溶解性溶媒として用いる精製)、濾液を精製除去物として回収し、高DS成分の存在確認を行うとともに、濾物を、低DS成分を含み且つ高DS成分の少なくとも一部が除去されているアセチル化パルプ1として得た。
≪Production of esterified pulp≫
<Production Example 1> (Purification by solvent dissolution)
Dimethyl sulfoxide (30 kg) was added to a jacketed 40 L reactor, and sodium bicarbonate catalyst (0.48 kg) and pulp raw material (1.5 kg) were added and stirred. Warm water was run through the jacket to heat the liquid to a temperature of 45°C. The inside of the reactor was replaced with nitrogen, and vinyl acetate (1.4 kg) was charged. After reacting for 1 hour, pure water (10 kg) was added to terminate the reaction. A filter cloth (PP9B, available from Nakao Filter Industry Co., Ltd.) was set in a 100 L Nutsche filter, pure water (50 kg) and the reaction solution were added, and pressure filtration was performed at room temperature (first filtration). Furthermore, pressure filtration with pure water (50 kg) at room temperature was repeated three times (second to fourth filtration), and pressure filtration was performed four times in total. Next, acetone (30 kg) was added at room temperature, pressure filtration was repeated twice (purification using acetone as a high DS component-dissolving solvent), and the filtrate was collected as a purified residue to confirm the presence of high DS components. The filtrate was obtained as acetylated pulp 1 containing the low DS component and having at least a portion of the high DS component removed.
<製造例2>(フィルターへのトラップによる精製)
製造例1と同様の方法で1回目濾過までを行った後、さらに室温にて純水(50kg)を加えて撹拌し、加圧濾過を行った(2回目濾過)。アセチル化パルプを取出して、フィルターとしての濾布(PP9B)に吸着した粘土状スラリー(精製除去物1)を除去した(DMSOと水の混合溶媒を分離溶媒として用いる精製)。アセチル化パルプをヌッチェフィルタ内に戻して、室温にて純水(50kg)による洗浄濾過を2回繰り返した(3、4回目濾過)。再び濾布から粘土状スラリー(精製除去物2)を除去する(DMSOと水の混合溶媒を分離溶媒として用いる精製)一方、室温にてアセチル化パルプの純水による洗浄濾過を2回繰り返して(5、6回目濾過)、合計6回の加圧濾過を行って、低DS成分を含み且つ高DS成分の少なくとも一部が除去されているアセチル化パルプ2を得た。精製除去物1,2を合わせたものを、高DS成分の存在確認に供した。
<Production Example 2> (Purification by trapping in a filter)
After performing up to the first filtration in the same manner as in Production Example 1, pure water (50 kg) was added at room temperature, the mixture was stirred, and pressure filtration was performed (second filtration). The acetylated pulp was taken out, and the clay-like slurry (refined removal product 1) adsorbed on the filter cloth (PP9B) as a filter was removed (purification using a mixed solvent of DMSO and water as a separation solvent). The acetylated pulp was put back into the Nutsche filter and washed and filtered twice with pure water (50 kg) at room temperature (3rd and 4th filtration). The clay-like slurry (purification removal product 2) is removed from the filter cloth again (purification using a mixed solvent of DMSO and water as a separation solvent), while the acetylated pulp is washed and filtered twice with pure water at room temperature ( 5th and 6th filtration), and pressure filtration was carried out a total of 6 times to obtain acetylated pulp 2 containing a low DS component and from which at least part of the high DS component was removed. A combination of purified and removed products 1 and 2 was used to confirm the presence of high DS components.
<製造例3>(溶媒への溶解及び濾過による精製)
純水(5kg)を加えて反応を停止した以外は、製造例1に記載の方法でパルプのアセチル化を行った。この時点での反応液の水分率は、パルプを圧搾して固形物を除いた溶液をカールフィッシャー水分計で測定したところ約14質量%であった。なおこのような含水ジメチルスルホキシドは高DS成分溶解性溶媒として機能できるものである。次いで、100Lヌッチェフィルタに濾布(PP9B)をセットして、上記反応液を投入して室温にて加圧濾過を行い(低含水量のDMSOと水の混合溶媒を高DS成分溶解性溶媒として用いる精製)、濾液を精製除去物として回収し、高DS成分の存在確認を行うとともに、濾物にさらに室温にて純水(50kg)を加えて撹拌し、加圧濾過を6回繰り返すことで残留ジメチルスルホキシドを除去して、低DS成分を含み且つ高DS成分の少なくとも一部が除去されているアセチル化パルプ3を得た。
<Production Example 3> (Dissolution in a solvent and purification by filtration)
The pulp was acetylated by the method described in Production Example 1, except that pure water (5 kg) was added to stop the reaction. The moisture content of the reaction solution at this point was about 14% by mass when the solution obtained by squeezing the pulp to remove the solid matter was measured with a Karl Fischer moisture meter. Such hydrous dimethyl sulfoxide can function as a high DS component-dissolving solvent. Next, a filter cloth (PP9B) is set on a 100 L Nutsche filter, the above reaction solution is added, and pressure filtration is performed at room temperature (a mixed solvent of low water content DMSO and water is used as a high DS component dissolving solvent. Purification used), the filtrate is recovered as a purification removal product, and the presence of high DS components is confirmed, and pure water (50 kg) is added to the filtrate at room temperature, stirred, and pressure filtration is repeated 6 times. Residual dimethyl sulfoxide was removed to obtain acetylated pulp 3 containing a low DS component and having at least a portion of the high DS component removed.
<製造例4>(泡状浮遊物の除去による精製)
アセトンによる洗浄を行わなかった以外は製造例1に記載の方法でパルプのアセチル化を行った。取り出したアセチル化パルプを室温にて水に分散して、東洋精機製作所製ビーターで叩解処理した。アセチル化パルプから剥離して液面に形成された泡を精製除去物として掬い取って回収した(水を分離溶媒として用いる精製)。上記精製除去物に含まれる高DS成分の存在確認を行うとともに、低DS成分を含み且つ高DS成分の少なくとも一部が除去されているアセチル化パルプ4を水分散液として得た。
<Production Example 4> (Purification by removal of foamy suspended matter)
The pulp was acetylated by the method described in Production Example 1, except that washing with acetone was not performed. The acetylated pulp taken out was dispersed in water at room temperature and beaten with a beater manufactured by Toyo Seiki Seisakusho. The foam formed on the liquid surface by peeling from the acetylated pulp was collected by scooping it as a refining remover (refining using water as a separating solvent). The presence of the high DS component contained in the refined and removed material was confirmed, and an acetylated pulp 4 containing the low DS component and from which at least a part of the high DS component was removed was obtained as an aqueous dispersion.
<製造例5>(非精製)
アセトンによる洗浄を行わなかった以外は製造例1に記載の方法で、高DS成分を除去するための精製が行われていないアセチル化パルプ5を得た。
<Production Example 5> (Unpurified)
Acetylated pulp 5, which had not been purified to remove high DS components, was obtained by the method described in Production Example 1, except that washing with acetone was not performed.
<製造例6>(低DS成分不含有アセチル化パルプの調製)
酢酸ビニル(2.1kg)を用いて、60℃で3時間反応を行った以外は、製造例2に記載の方法で、アセチル化パルプ6を得た。
<Production Example 6> (Preparation of low DS component-free acetylated pulp)
Acetylated pulp 6 was obtained by the method described in Production Example 2, except that vinyl acetate (2.1 kg) was used and the reaction was carried out at 60° C. for 3 hours.
≪アセチル化セルロースナノファイバー及び樹脂組成物の製造≫
<実施例1>(解繊前精製)
製造例1で調製したアセチル化パルプ1を、固形分率が1.5質量%になるように純水中に加え、相川鉄工株式会社製ラボディスクリファイナーを用いた叩解処理により高度にフィブリル化させた後、そのままの濃度で高圧ホモジナイザー(操作圧:85MPaにて10回処理)により解繊することで、アセチル化セルロースナノファイバーの分散液を得た。得られたアセチル化セルロースナノファイバーの平均繊維径、結晶化度及びDSを前述の方法で測定した。
<<Production of acetylated cellulose nanofibers and resin composition>>
<Example 1> (Purification before fibrillation)
Acetylated pulp 1 prepared in Production Example 1 was added to pure water so that the solid content was 1.5% by mass, and was highly fibrillated by beating using a laboratory disc refiner manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd. After that, fibrillation was performed with a high-pressure homogenizer (operating pressure: 10 times at 85 MPa) at the same concentration to obtain a dispersion liquid of acetylated cellulose nanofibers. The average fiber diameter, crystallinity and DS of the obtained acetylated cellulose nanofibers were measured by the methods described above.
分散液を濾過して固形分率20質量%のウェットケーク状態とし、上記のアセチル化セルロースナノファイバー(乾燥質量で100質量部)に対して、三洋化成工業株式会社製サンニックスGL-3000(40質量部)を加え、50℃で減圧乾燥して粉体状の混合物を調製した。 The dispersion was filtered to obtain a wet cake state with a solid content of 20% by mass, and the above acetylated cellulose nanofiber (100 parts by mass in terms of dry mass) was added with Sannics GL-3000 (40% by mass) manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. parts by mass) was added and dried under reduced pressure at 50° C. to prepare a powdery mixture.
上記で製造した粉体状の混合物と、熱可塑性樹脂(宇部興産株式会社製 UBEナイロン 1013B)とを、セルロース繊維が樹脂組成物中の10質量%となる割合で配合し、下記手順で樹脂組成物を製造した。 The powdery mixture produced above and a thermoplastic resin (UBE Nylon 1013B manufactured by Ube Industries, Ltd.) are blended at a ratio such that the cellulose fiber is 10% by mass in the resin composition, and the resin composition is obtained by the following procedure. manufactured things.
小型混練機(Xplore instruments社製、製品名「Xplore」)を用いて、260℃、100rpm(シアレート1570(1/s))で5分間循環混練してトルクを確認した。エステル化セルロースナノファイバーの熱可塑性樹脂中での分散性に優れるほど、溶融粘度が高くなる。続いて、ダイスを経てφ1mmの樹脂組成物のストランドを得た。当該ストランドを長さ1cmにカットして得た樹脂組成物ペレットを用い、前述の評価方法に従って引張降伏強度及び引張破断伸度を測定した。降伏に至る前に破断した成形片については、その最大強度を引張降伏強度として代用した。
なお、ポリアミド樹脂は、吸湿による変化が起きるため、成形直後にアルミ防湿袋に保管し、吸湿を抑制した。
Using a small kneader (manufactured by Xplore Instruments, product name “Xplore”), the mixture was circulated and kneaded at 260° C. and 100 rpm (sia rate 1570 (1/s)) for 5 minutes to check the torque. The higher the dispersibility of the esterified cellulose nanofibers in the thermoplastic resin, the higher the melt viscosity. Subsequently, a strand of the resin composition having a diameter of 1 mm was obtained through a die. Using a resin composition pellet obtained by cutting the strand into a length of 1 cm, the tensile yield strength and tensile elongation at break were measured according to the evaluation method described above. For molded pieces that fractured before yielding, their ultimate strength was substituted as the tensile yield strength.
Since the polyamide resin changes due to moisture absorption, it was stored in an aluminum moisture-proof bag immediately after molding to suppress moisture absorption.
<実施例2>(解繊前精製)
製造例2で調製したアセチル化パルプ2を用いた以外は、実施例1に記載の方法で、アセチル化セルロースナノファイバー及び樹脂組成物を調製し、評価を行った。
<Example 2> (purification before fibrillation)
An acetylated cellulose nanofiber and a resin composition were prepared and evaluated by the method described in Example 1, except that the acetylated pulp 2 prepared in Production Example 2 was used.
<実施例3>(解繊前精製)
製造例3で調製したアセチル化パルプ3を用いた以外は、実施例1に記載の方法で、アセチル化セルロースナノファイバー及び樹脂組成物を調製し、評価を行った。
<Example 3> (purification before fibrillation)
An acetylated cellulose nanofiber and a resin composition were prepared and evaluated by the method described in Example 1, except that the acetylated pulp 3 prepared in Production Example 3 was used.
<実施例4>(解繊前精製)
製造例4で調製したアセチル化パルプ4の水分散液を固形分率1.5質量%に濃度調整し、ディスクリファイナーによる叩解処理を行わずに、高圧ホモジナイザー(操作圧:85MPaにて10回処理)により解繊することで、アセチル化セルロースナノファイバーの分散液を得た以外は、実施例1に記載の方法で、アセチル化セルロースナノファイバー及び樹脂組成物を調製し、評価を行った。
<Example 4> (purification before fibrillation)
The concentration of the aqueous dispersion of acetylated pulp 4 prepared in Production Example 4 was adjusted to a solid content of 1.5% by mass. ), acetylated cellulose nanofibers and a resin composition were prepared and evaluated by the method described in Example 1, except that a dispersion of acetylated cellulose nanofibers was obtained by fibrillation.
<実施例5>(解繊前精製)
製造例3で調製したアセチル化パルプ3と熱可塑性樹脂(宇部興産株式会社製 UBEナイロン 1013B)とを、アセチル化パルプが樹脂組成物中の10質量%となる割合で配合し、下記手順で樹脂組成物を製造した。
<Example 5> (Purification before fibrillation)
Acetylated pulp 3 prepared in Production Example 3 and a thermoplastic resin (UBE Nylon 1013B manufactured by Ube Industries, Ltd.) were blended in a ratio such that the acetylated pulp was 10% by mass in the resin composition, and the resin was produced in the following procedure. A composition was produced.
シリンダーブロック数が15個ある二軸押出機(STEER社製 OMEGA30H、L/D=72)を用いて、260℃にて混練を実施した。なお、シリンダー14にはシリンダー上部にベントポートを設置し減圧吸引できるようにし、真空吸引を実施した。ダイアダプターとダイヘッドの間に50メッシュのスクリーンメッシュを取り付けた。 Kneading was performed at 260° C. using a twin-screw extruder (OMEGA30H manufactured by STEER, L/D=72) having 15 cylinder blocks. Incidentally, the cylinder 14 was provided with a vent port at the top of the cylinder so that vacuum suction could be performed, and vacuum suction was carried out. A 50 mesh screen mesh was attached between the die adapter and the die head.
スクリュー構成としては、シリンダー1~3を搬送スクリューのみで構成される搬送ゾーンとし、シリンダー4に上流側より2個の時計回りニーディングディスク(送りタイプニーディングディスク:以下、単にRKDと呼ぶことがある。)、2個のニュートラルニーディングディスク(無搬送タイプニーディングディスク:以下、単にNKDと呼ぶことがある。)を順に配した。シリンダー5は搬送ゾーンとし、シリンダー6に1個のRKD及び引き続いての2個のNKDを配し、シリンダー7及び8は搬送ゾーンとし、シリンダー9に2個のNKDを配した。続くシリンダー10は搬送ゾーンとし、シリンダー11に2個のNKD、引き続いての1個の反時計回りスクリューを配し、シリンダー12及び13は搬送ゾーンとした。 As for the screw configuration, cylinders 1 to 3 are used as a transport zone composed only of transport screws, and two clockwise kneading discs (feed type kneading discs: hereinafter simply referred to as RKD from the upstream side to cylinder 4). ), and two neutral kneading discs (non-conveying type kneading discs: hereinafter sometimes simply referred to as NKD). Cylinder 5 was the transfer zone, cylinder 6 with 1 RKD followed by 2 NKDs, cylinders 7 and 8 were the transfer zones, cylinder 9 with 2 NKDs. The following cylinder 10 was the conveying zone, cylinder 11 had two NKDs followed by one counterclockwise screw, and cylinders 12 and 13 were the conveying zone.
吐出されたストランドを長さ1cmにカットして得た樹脂組成物ペレットを用い、前述の評価方法に従って引張降伏強度及び引張破断伸度を測定した。降伏に至る前に破断した成形片については、その最大強度を引張降伏強度として代用した。樹脂組成物中のアセチル化セルロースナノファイバーは、ヘキサフルオロイソプロパノールでポリアミド樹脂を溶解して単離し、平均繊維径、結晶化度及びDSを前述の方法で測定した。
なお、ポリアミド樹脂は、吸湿による変化が起きるため、成形直後にアルミ防湿袋に保管し、吸湿を抑制した。
Using resin composition pellets obtained by cutting the extruded strand into 1 cm lengths, the tensile yield strength and tensile elongation at break were measured according to the evaluation methods described above. For molded pieces that fractured before yielding, their ultimate strength was substituted as the tensile yield strength. The acetylated cellulose nanofibers in the resin composition were isolated by dissolving the polyamide resin in hexafluoroisopropanol, and the average fiber diameter, crystallinity and DS were measured by the methods described above.
Since the polyamide resin changes due to moisture absorption, it was stored in an aluminum moisture-proof bag immediately after molding to suppress moisture absorption.
<比較例1>(非精製)
製造例5で調製したアセチル化パルプ5を用いた以外は、実施例1に記載の方法で、アセチル化セルロースナノファイバー及び樹脂組成物を調製し、評価を行った。
<Comparative Example 1> (unpurified)
An acetylated cellulose nanofiber and a resin composition were prepared and evaluated by the method described in Example 1 except that the acetylated pulp 5 prepared in Production Example 5 was used.
<比較例2>(低DS成分不含有アセチル化パルプの使用)
製造例6で調製したアセチル化パルプ6を用いた以外は、実施例1に記載の方法で、アセチル化セルロースナノファイバー及び樹脂組成物を調製し、評価を行った。
<Comparative Example 2> (Use of low DS component-free acetylated pulp)
An acetylated cellulose nanofiber and a resin composition were prepared and evaluated by the method described in Example 1, except that the acetylated pulp 6 prepared in Production Example 6 was used.
表1に示すように、高DS成分を除去していない比較例1では、引張降伏強度及び引張破断伸度が低く、成形片の着色が強い。また、過剰な化学修飾によって置換度が高い(すなわち低DS成分を含まない)比較例2では、樹脂組成物の補強効果が低い傾向であることが分かる。 As shown in Table 1, in Comparative Example 1 in which the high DS component was not removed, the tensile yield strength and tensile elongation at break were low, and the molded piece was highly colored. Moreover, in Comparative Example 2, in which the degree of substitution is high due to excessive chemical modification (that is, does not contain a low DS component), the reinforcing effect of the resin composition tends to be low.
<実施例6>(高DS成分の熱可塑性樹脂中への移行)
製造例5で調製したアセチル化パルプ5と熱可塑性樹脂(宇部興産株式会社製 UBEナイロン 1013B)とを、アセチル化パルプが樹脂組成物中の10質量%となる割合で配合して混練し、下記手順で解繊と高DS成分の樹脂中への移行とを行って樹脂組成物を調製し、評価を行った。
<Example 6> (Migration of high DS component into thermoplastic resin)
Acetylated pulp 5 prepared in Production Example 5 and a thermoplastic resin (UBE Nylon 1013B manufactured by Ube Industries, Ltd.) were blended at a ratio of 10% by mass of the acetylated pulp in the resin composition and kneaded. A resin composition was prepared by defibrating and transferring the high DS component into the resin, and evaluated.
シリンダーブロック数が15個ある二軸押出機(STEER社製 OMEGA30H、L/D=72)を用いて、温度260℃、吐出量20kg/hにて混練を実施した。なお、シリンダー14にはシリンダー上部にベントポートを設置し減圧吸引できるようにし、真空吸引を実施した。ダイアダプターとダイヘッドの間に50メッシュのスクリーンメッシュを取り付けた。 Kneading was performed at a temperature of 260° C. and a discharge rate of 20 kg/h using a twin-screw extruder (OMEGA30H manufactured by STEER, L/D=72) having 15 cylinder blocks. Incidentally, the cylinder 14 was provided with a vent port at the top of the cylinder so that vacuum suction could be performed, and vacuum suction was carried out. A 50 mesh screen mesh was attached between the die adapter and the die head.
スクリュー構成としては、シリンダー1~3を搬送スクリューのみで構成される搬送ゾーンとし、シリンダー4に上流側より2個の時計回りニーディングディスク(送りタイプニーディングディスク:以下、単にRKDと呼ぶことがある。)、2個のニュートラルニーディングディスク(無搬送タイプニーディングディスク:以下、単にNKDと呼ぶことがある。)を順に配した。シリンダー5は搬送ゾーンとし、シリンダー6に1個のRKD及び引き続いての2個のNKDを配し、シリンダー7及び8は搬送ゾーンとし、シリンダー9に2個のNKDを配した。続くシリンダー10は搬送ゾーンとし、シリンダー11に2個のNKD、引き続いての1個の反時計回りニーディングディスク(逆送りタイプニーディングディスク:以下、単にLKDと呼ぶことがある。)を配し、シリンダー12及び13は搬送ゾーンとした。 As for the screw configuration, cylinders 1 to 3 are used as a transport zone composed only of transport screws, and two clockwise kneading discs (feed type kneading discs: hereinafter simply referred to as RKD from the upstream side to cylinder 4). ), and two neutral kneading discs (non-conveying type kneading discs: hereinafter sometimes simply referred to as NKD). Cylinder 5 was the transfer zone, cylinder 6 with 1 RKD followed by 2 NKDs, cylinders 7 and 8 were the transfer zones, cylinder 9 with 2 NKDs. The following cylinder 10 is used as a transfer zone, and two NKDs and one counterclockwise kneading disk (reverse feed type kneading disk: hereinafter sometimes simply referred to as LKD) are arranged in the cylinder 11. , cylinders 12 and 13 were the transport zones.
吐出されたストランドを長さ1cmにカットして得た樹脂組成物ペレットを用い、前述の評価方法に従って引張降伏強度及び引張破断伸度を測定した。降伏に至る前に破断した成形片については、その最大強度を引張降伏強度として代用した。
なお、ポリアミド樹脂は、吸湿による変化が起きるため、成形直後にアルミ防湿袋に保管し、吸湿を抑制した。
Using resin composition pellets obtained by cutting the extruded strand into 1 cm lengths, the tensile yield strength and tensile elongation at break were measured according to the evaluation methods described above. For molded pieces that fractured before yielding, their ultimate strength was substituted as the tensile yield strength.
Since the polyamide resin changes due to moisture absorption, it was stored in an aluminum moisture-proof bag immediately after molding to suppress moisture absorption.
<参考例1>
(株)テクノベル製小型二軸押出機(L/D=45、スクリュー径15mm、吐出量0.2kg/h)を用いて、LKDを含まないスクリュー構成でペレットを調製した以外は、実施例6と同様に樹脂組成物の成形と評価を行った。
<Reference example 1>
Example 6 except that pellets were prepared with a screw configuration that does not contain LKD using a small twin-screw extruder manufactured by Technobell Co., Ltd. (L / D = 45, screw diameter 15 mm, discharge rate 0.2 kg / h) Molding and evaluation of the resin composition were carried out in the same manner as in the above.
<比較例3>
LKDの代わりにNKDを用いたスクリュー構成でペレットを調製した以外は、実施例6と同様に樹脂組成物の成形と評価を行った。
<Comparative Example 3>
The resin composition was molded and evaluated in the same manner as in Example 6, except that the pellets were prepared with a screw configuration using NKD instead of LKD.
表2に示すとおり、せき止め効果のあるスクリューエレメントを組み合わせた実施例6では、吐出量が大きい場合にもエステル化セルロースナノファイバーによる樹脂組成物の補強効果が良好であった。 As shown in Table 2, in Example 6 in which a screw element having a damming effect was combined, the effect of reinforcing the resin composition with the esterified cellulose nanofibers was good even when the discharge rate was large.
本開示のエステル化セルロースナノファイバーを含む樹脂組成物は、優れた外観及び物性を有する成形体を形成し得る得ることから、産業用機械部品、一般機械部品、自動車・鉄道・車両・船舶・航空宇宙関連部品、電子・電気部品、建築・土木材料、生活用品、スポーツ・レジャー用品、風力発電用筐体部材、容器・包装部材、等の広範な用途に好適に適用され得る。 Since the resin composition containing the esterified cellulose nanofibers of the present disclosure can form a molded body having excellent appearance and physical properties, it can be used for industrial machine parts, general machine parts, automobiles, railways, vehicles, ships, and aviation. It can be suitably applied to a wide range of applications such as space-related parts, electronic/electrical parts, construction/civil engineering materials, daily goods, sports/leisure goods, housing members for wind power generation, containers/packaging members, and the like.
Claims (22)
前記エステル化パルプを解繊及び精製してエステル化セルロースナノファイバーを生成する解繊精製工程と、
を含む、エステル化セルロースナノファイバーの製造方法であって、
前記エステル化パルプが、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含み、
前記精製が、前記高DS成分の少なくとも一部の除去である、方法。 A modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp;
a defibration and purification step of defibrating and purifying the esterified pulp to produce esterified cellulose nanofibers;
A method for producing an esterified cellulose nanofiber comprising
The esterified pulp contains a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5,
A method, wherein said purification is removal of at least a portion of said high DS component.
前記エステル化パルプを精製する精製工程と、
前記精製後のエステル化パルプを樹脂と混合するとともに解繊して、エステル化セルロースナノファイバーと樹脂とを含む樹脂組成物を生成する、解繊混合工程と、
を含む、樹脂組成物の製造方法であって、
前記エステル化パルプが、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含み、
前記精製が前記高DS成分の少なくとも一部の除去である、方法。 A modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp;
a refining step of refining the esterified pulp;
A defibration and mixing step of mixing the purified esterified pulp with a resin and defibrating it to produce a resin composition containing the esterified cellulose nanofibers and the resin;
A method for producing a resin composition comprising
The esterified pulp contains a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5,
A method, wherein said purification is removal of at least a portion of said high DS component.
前記エステル化パルプを樹脂と混合するとともに解繊して、エステル化セルロースナノファイバーと樹脂とを含む樹脂組成物を生成する、解繊混合工程と、
を含む、樹脂組成物の製造方法であって、
前記エステル化パルプが、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含み、
前記解繊混合工程において、前記高DS成分の少なくとも一部を前記エステル化パルプから樹脂相中に移行させる、方法。 A modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp;
A defibration and mixing step of mixing the esterified pulp with a resin and defibrating it to produce a resin composition containing the esterified cellulose nanofibers and the resin;
A method for producing a resin composition comprising
The esterified pulp contains a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5,
A method, wherein at least part of the high DS component is transferred from the esterified pulp into a resin phase in the defibration and mixing step.
前記エステル化パルプを精製する精製工程と、
前記精製後のエステル化パルプを解繊してエステル化セルロースナノファイバーを生成する解繊工程と、
前記解繊工程で得た前記エステル化セルロースナノファイバーと樹脂とを混合して樹脂組成物を生成する混合工程と、
を含む、樹脂組成物の製造方法であって、
前記エステル化パルプが、エステル化度(DS)1.5以上3以下の高DS成分と、エステル化度(DS)0.2以上1.5未満の低DS成分とを含み、
前記精製が前記高DS成分の少なくとも一部の除去である、方法。 A modification step of esterifying a pulp containing cellulose to obtain an esterified pulp;
a refining step of refining the esterified pulp;
A defibration step of defibrating the purified esterified pulp to generate esterified cellulose nanofibers;
a mixing step of mixing the esterified cellulose nanofibers obtained in the fibrillation step and a resin to produce a resin composition;
A method for producing a resin composition comprising
The esterified pulp contains a high DS component with a degree of esterification (DS) of 1.5 or more and 3 or less and a low DS component with a degree of esterification (DS) of 0.2 or more and less than 1.5,
A method, wherein said purification is removal of at least a portion of said high DS component.
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