JP2007262366A - Curable bio-plastic binder composition and cured product thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、硬化性バイオプラスチックバインダー組成物及びその硬化物に関し、特に、強固な密着性を有すると共に耐熱性と環境性に優れ、自動車内装部品の製造、内装建材等の分野に応用することができる固液(固体+液体)タイプ及び1液タイプの硬化性バイオプラスチックバインダー組成物及びその硬化物に関する。 The present invention relates to a curable bioplastic binder composition and a cured product thereof, and in particular, has strong adhesiveness and excellent heat resistance and environmental properties, and can be applied to the field of manufacturing automobile interior parts, interior building materials, and the like. The present invention relates to a solid liquid (solid + liquid) type and one liquid type curable bioplastic binder composition and a cured product thereof.
従来、自動車内装部品の製造や内装建材の接着等に使用される硬化性プラスチックバインダーは、石油を主起源として合成されたものである。一般的には、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂やアクリル樹脂等が硬化性プラスチックバインダーとして使用されている。これら硬化性プラスチックバインダーとしては、主剤及び硬化剤(硬化剤または反応剤)からなる2液性のものや、空気、湿気や熱により硬化する1液性のものがある。また、それらを水性にしたエマルジョンタイプの硬化性プラスチックバインダーも提案されている。しかし、従来の硬化性プラスチックは、石油を主原料として合成された、地球生態系で循環しない(生分解性のない)有機化合物であり、これを使用することが大気中のCO2濃度の増加を促進し、地球温暖化を引き起こす要因となりうる。また、フェノール樹脂及びメラミン樹脂においては、製造工程においてホルムアルデヒドが使用され製品に残留することから、このVOC(揮発性有機化合物)の発生により使用環境においてシックハウス症候群を引き起こす恐れがある。 Conventionally, curable plastic binders used for manufacturing automobile interior parts and bonding interior building materials have been synthesized mainly from petroleum. In general, phenol resins, urethane resins, melamine resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, acrylic resins, and the like are used as curable plastic binders. As these curable plastic binders, there are a two-component type comprising a main agent and a curing agent (a curing agent or a reactive agent), and a one-component type that is cured by air, moisture or heat. An emulsion type curable plastic binder in which they are made water-based has also been proposed. However, conventional curable plastics are organic compounds that are synthesized using petroleum as the main raw material and do not circulate (non-biodegradable) in the global ecosystem, and the use of this compound increases the CO 2 concentration in the atmosphere. Can be a factor in promoting global warming. Moreover, in the phenol resin and the melamine resin, formaldehyde is used in the manufacturing process and remains in the product. Therefore, the generation of this VOC (volatile organic compound) may cause sick house syndrome in the usage environment.
これに対し、近年、環境への配慮やCO2濃度の増加による地球温暖化の防止等の観点から、地球生態系で循環する澱粉やセルロース等の天然高分子を利用した生分解性樹脂を主剤としたがバイオプラスチックバインダーが提案されている。また、澱粉やセルロース等から得られる現在製品化または製品開発中のバイオプラスチックバインダーは、全て熱可塑性である。また、その製造方法及び生成物としては、高分子化合物である澱粉を糖化・醗酵させて生成される乳酸を再重合して製造するポリ乳酸、澱粉やセルロースを直接アセチル化するエステル化澱粉やアセチルアセテート等が知られている。しかし、これらの熱可塑性バイオプラスチックバインダーは、石油から合成される熱可塑性プラスチックバインダーに比べて製造に大きなエネルギーを必要とする場合もあり、省エネルギーによる環境配慮の点で改善する余地がある。また、これらは熱可塑性バイオプラスチックバインダーは、熱により軟化変形する等の熱可塑性樹脂特有の特徴を有し、ある程度の耐熱性や耐熱強度が要求される自動車部品等への適用においては、硬化性プラスチックと比較して改良すべき点がある。 On the other hand, in recent years, biodegradable resins using natural polymers such as starch and cellulose circulated in the global ecosystem are the main ingredients from the viewpoints of environmental considerations and prevention of global warming due to increased CO 2 concentration. However, bioplastic binders have been proposed. In addition, all bioplastic binders currently produced or developed from starch, cellulose and the like are thermoplastic. The production method and product include polylactic acid produced by repolymerizing lactic acid produced by saccharifying and fermenting starch, which is a polymer compound, esterified starch and acetylated directly acetylating starch and cellulose. Acetate and the like are known. However, these thermoplastic bioplastic binders may require more energy for production than thermoplastic binders synthesized from petroleum, and there is room for improvement in terms of environmental considerations due to energy saving. In addition, these thermoplastic bioplastic binders have characteristics unique to thermoplastic resins such as being softened and deformed by heat, and are curable in applications such as automotive parts that require a certain degree of heat resistance and heat resistance. There is a point to be improved compared to plastic.
ここで、本発明者らは、生態系循環資源として豊富に産出される澱粉やセルロースを主剤として硬化性プラスチックを製造することができれば、従来のバイオプラスチックに特有の効果(環境性や天然資源の有効活用等)と従来の硬化性プラスチックに特有の効果(製造時の省エネルギー効果及び耐熱性等の諸特性)を共に満足できるのではないかと考え、鋭意研究を重ねた。なお、上記のように、現在製品化または製品開発中のバイオプラスチックバインダーは、全て熱可塑性であるが、硬化型澱粉組成物に関する技術として特許文献1及び特許文献2に記載の技術がある。
特許文献1には、澱粉と、澱粉分子中に含まれる少なくとも1個の水酸基と相補的に反応する官能基を有するポリイソシアネート化合物等の硬化剤との混合物である硬化型澱粉組成物が開示されている。また、特許文献2には、水酸基を含有する澱粉と、ポリイソシアネート化合物及び/又は該ポリイソシアネートのイソシアネート基の一部もしくは全部がブロック化されてなるブロック化ポリイソシアネート化合物とを含有する硬化型澱粉組成物が開示されている。 Patent Document 1 discloses a curable starch composition that is a mixture of starch and a curing agent such as a polyisocyanate compound having a functional group that reacts complementarily with at least one hydroxyl group contained in the starch molecule. ing. Patent Document 2 discloses a curable starch containing a hydroxyl group-containing starch and a polyisocyanate compound and / or a blocked polyisocyanate compound obtained by blocking part or all of the isocyanate groups of the polyisocyanate. A composition is disclosed.
しかし、特許文献1及び特許文献2は、いずれも、硬化型澱粉組成物の澱粉として、公知の澱粉や特定の置換基を有する化学的変性澱粉を使用する旨記載しているが、澱粉分子の立体構造(二重螺旋構造等)や水素結合に起因する硬化剤との反応性低下等についての考察はない。即ち、これら特許文献1及び特許文献2は、いずれも、澱粉分子特有の立体構造等に起因する硬化剤乃至架橋剤との反応性低下を克服するための手段について、なんら知見及び示唆を与えるものではない。更に、特許文献1及び特許文献2は、いずれも、同じく地球生態系を循環する豊富な天然資源であるセルロースを主剤とした硬化性バイオプラスチックバインダーについては、全く開示も示唆もしていない。 However, Patent Document 1 and Patent Document 2 both describe that a known starch or a chemically modified starch having a specific substituent is used as the starch of the curable starch composition. There is no consideration about the three-dimensional structure (double helix structure, etc.) or the decrease in reactivity with the curing agent due to hydrogen bonding. That is, both Patent Document 1 and Patent Document 2 give any knowledge and suggestion about means for overcoming the decrease in reactivity with a curing agent or a crosslinking agent caused by a three-dimensional structure peculiar to starch molecules. is not. Furthermore, neither Patent Document 1 nor Patent Document 2 discloses or suggests any curable bioplastic binder mainly composed of cellulose, which is an abundant natural resource circulating in the global ecosystem.
そこで、本発明者らは、従来の硬化性プラスチック主原料である石油の代わりに、地球生態系で循環する有機化合物である澱粉またはセルロースを主原料とすることで、大気中のCO2濃度の増加を抑制し、地球温暖化を防止することを目的とし、また、VOCや環境ホルモンとなる物質を含有しないことで人体や地球生態系への影響を少なくし、更に熱可塑性バイオプラスチックバインダーに見られるような澱粉やセルロースを分解・再重合して合成することによる製造エネルギーの増加を抑制することを目的として、鋭意研究の結果本発明に想到した。即ち、本発明は、従来のバイオプラスチックに特有の効果(環境性や天然資源の有効活用等)と従来の硬化性プラスチックに特有の効果(製造時の省エネルギー効果及び耐熱性等の諸特性)を共に満足する硬化性バイオプラスチックバインダー組成物及びその硬化物の提供を課題とする。 Therefore, the present inventors use starch or cellulose, which is an organic compound that circulates in the global ecosystem, as a main raw material instead of petroleum, which is a main raw material of a conventional curable plastic, thereby reducing the CO 2 concentration in the atmosphere. The purpose is to suppress the increase and prevent global warming, and to reduce the impact on the human body and the global ecosystem by not containing substances that become VOCs and environmental hormones. As a result of diligent research, the inventors have conceived the present invention for the purpose of suppressing an increase in production energy caused by decomposing and repolymerizing starch and cellulose. That is, the present invention has effects unique to conventional bioplastics (environmental properties, effective utilization of natural resources, etc.) and effects unique to conventional curable plastics (energy saving effects during production, various characteristics such as heat resistance). It is an object of the present invention to provide a curable bioplastic binder composition that satisfies both, and a cured product thereof.
請求項1に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を非活性化澱粉より増加した主剤としての活性化澱粉と、前記活性化澱粉を架橋する硬化剤としてのポリイソシアネートとからなる。 The solid-liquid type curable bioplastic binder composition according to claim 1 comprises an activated starch as a main ingredient in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules is increased from that of non-activated starch, and the activated starch And a polyisocyanate as a curing agent for cross-linking.
請求項2に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項1記載の構成において、前記活性化澱粉として、澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアルファー澱粉、澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上とした(焙焼デキストリン等の)熱分解澱粉、澱粉を衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアモルファス澱粉のいずれか1以上を使用した。 The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 2 is characterized in that, in the configuration according to claim 1, the activated starch is gelatinized by hydrothermally heating the starch and then rapidly drying by heat to make it alpha. Activated the hydroxyl group by activating the hydroxyl group by thermally decomposing the starch by thermally decomposing the starch, and activating the hydroxyl group by activating the hydroxyl group with the ratio of the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the starch particle surface being 1/2 or more. Thermally decomposed starch (such as roasted dextrin) with a ratio of the number of active hydroxyl groups to the number of hydroxyl groups of 1/2 or more, by pulverizing the starch and destroying the crystal structure to activate the hydroxyl groups, Any one or more of amorphous starches in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups was 1/2 or more were used.
請求項3に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項1記載の構成において、前記活性化澱粉として、澱粉の水酸基をエステル化処理することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を40%以上としたエステル化澱粉を使用した。 The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 3 is the composition according to claim 1, wherein the activated starch is activated by subjecting the hydroxyl group of starch to esterification to activate the starch granules. Esterified starch in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface was 40% or more was used.
請求項4に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項1記載の構成において、前記活性化澱粉として、澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化することによりその水酸基を活性化したアルファーエステル化澱粉、澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化した熱分解エステル化澱粉、澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化したアモルファスエステル化澱粉のいずれか1以上を使用した。 The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 4 is gelled by hydrolyzing esterified starch obtained by esterifying a hydroxyl group of starch as the activated starch in the configuration according to claim 1. Alpha-esterified starch whose hydroxyl groups are activated by rapid thermal drying and alphalation later, and esterified starch whose starch hydroxyl groups are esterified by thermal decomposition One or more of the amorphous esterified starch activated by hydroxyl group activation by pulverizing the esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of starch to destroy the crystal structure was used.
請求項5に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を非活性化澱粉より増加した主剤としての活性化澱粉と、ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記活性化澱粉と混合分散されると共に、常温または加熱により前記活性化澱粉を架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートとからなる。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 5 is a block of activated starch as a main ingredient in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules is increased from that of non-activated starch, and polyisocyanate It consists of blocked isocyanate as a curing agent which is mixed and dispersed with the activated starch in a state blocked with an agent, and which crosslinks the activated starch by room temperature or heating.
請求項6に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項5記載の構成において、前記活性化澱粉として、澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアルファー澱粉、澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上とした熱分解澱粉、澱粉を衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアモルファス澱粉のいずれか1以上を使用した。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 6 is the composition according to claim 5, wherein the activated starch is gelatinized by hydrothermally heating the starch and then rapidly heat-dried to become alpha. Activated the hydroxyl group by activating the hydroxyl group by thermally decomposing the starch by thermally decomposing the starch, and activating the hydroxyl group by activating the hydroxyl group with the ratio of the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the starch particle surface being 1/2 or more. Thermally decomposed starch in which the ratio of the number of active hydroxyl groups in the number of hydroxyl groups is 1/2 or more, the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules by activating the hydroxyl groups by impact pulverizing the starch to destroy the crystal structure Any one or more of amorphous starches having a ratio of ½ or more were used.
請求項7に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項5記載の構成において、前記活性化澱粉として、澱粉の水酸基をエステル化処理することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を40%以上としたエステル化澱粉を使用した。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 7 is the composition according to claim 5, wherein the activated starch is activated by subjecting the hydroxyl groups of the starch to esterification to activate the starch granules. Esterified starch in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface was 40% or more was used.
請求項8に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項5記載の構成において、前記活性化澱粉として、澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化することによりその水酸基を活性化したアルファーエステル化澱粉、澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化した熱分解エステル化澱粉、澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化してその水酸基を活性化したアモルファスエステル化澱粉のいずれか1以上を使用した。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 8 is gelled by hydrolyzing esterified starch obtained by esterifying a hydroxyl group of starch as the activated starch in the configuration according to claim 5. Alpha-esterified starch whose hydroxyl groups are activated by rapid thermal drying and alphalation later, and esterified starch whose starch hydroxyl groups are esterified by thermal decomposition One or more of the amorphous esterified starches which activated the hydroxyl group by impact-pulverizing the esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of starch and destroying the crystal structure to activate the hydroxyl group were used.
請求項9に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を非活性化澱粉より増加した主剤としての活性化澱粉を加水加熱してゾル化またはゲル化したコロイド状澱粉と、ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状澱粉と混合されてエマルジョン化されると共に、常温または加熱により前記活性化澱粉を架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートとからなる。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 9 comprises heating activated starch as a main ingredient in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules is increased from that of non-activated starch. As a hardener that crosslinks the activated starch by normal temperature or heating while being mixed with the colloidal starch and emulsified in a state where the colloidal starch formed into a sol or gel is blocked with a polyisocyanate by a blocking agent. The blocked isocyanate.
請求項10に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項9記載の構成において、前記活性化澱粉として、澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアルファー澱粉、澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上とした熱分解澱粉、澱粉を衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアモルファス澱粉のいずれか1以上を使用し、当該澱粉に加水してゾル化またはゲル化することで前記コロイド状澱粉を調製した。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 10 is the composition according to claim 9, wherein the activated starch is gelatinized by hydrothermally heating starch and then rapidly heat-dried to become alpha. The starch by activating the hydroxyl groups by activating the hydroxyl groups and thermally decomposing the starch so that the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules is 1/2 or more. Pyrolyzed starch in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups is ½ or more, activated hydroxyl groups by impact pulverizing starch to destroy the crystal structure, and the active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules Using any one or more of amorphous starches whose ratio of number is 1/2 or more, the colloid is made by adding water to the starch to form a sol or gel A starch was prepared.
請求項11に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項9記載の構成において、前記活性化澱粉として、澱粉の水酸基をエステル化処理することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を40%以上としたエステル化澱粉を使用し、当該澱粉に加水してゾル化またはゲル化することで前記コロイド状澱粉を調製した。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 11 is the composition according to claim 9, wherein the activated starch is activated by subjecting the hydroxyl group of starch to esterification to activate the starch. The colloidal starch was prepared by using an esterified starch in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the grain surface was 40% or more, and hydrating the starch to form a sol or gel.
請求項12に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項9記載の構成において、前記活性化澱粉として、澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化することによりその水酸基を活性化したアルファーエステル化澱粉、澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化した熱分解エステル化澱粉、澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化してその水酸基を活性化したアモルファスエステル化澱粉のいずれか1以上を使用し、当該澱粉に加水してゾル化またはゲル化することで前記コロイド状澱粉を調製した。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 12 is gelled by hydrolyzing esterified starch obtained by esterifying a hydroxyl group of starch as the activated starch in the configuration according to claim 9. And then heat-decomposing esterified starch by thermally decomposing the esterified starch by esterifying the hydroxyl group of starch. Starch, using one or more of the amorphous esterified starch activated by activating the hydroxyl group by impact pulverizing the esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of starch to destroy the crystal structure, The colloidal starch was prepared by adding water to the starch to form a sol or gel.
請求項13に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項9乃至12のいずれか1項記載の構成において、前記コロイド状澱粉のPHを5〜9の範囲とした。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 13 is the composition according to any one of claims 9 to 12, wherein the colloidal starch has a PH of 5-9.
請求項14に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項9乃至12のいずれか1項記載の構成において、前記ブロック剤としてオキシム系ブロック剤を使用した。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 14 is the structure according to any one of claims 9 to 12, wherein an oxime blocking agent is used as the blocking agent.
請求項15に係る硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項1乃至11のいずれか1項記載の構成において、前記ポリイソシアネートとして、前記活性化澱粉の活性水酸基間距離に対応するサイズを有するポリイソシアネートを使用した。 The curable bioplastic binder composition according to claim 15 is the composition according to any one of claims 1 to 11, wherein the polyisocyanate has a size corresponding to a distance between active hydroxyl groups of the activated starch. Isocyanate was used.
請求項16に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を非活性化セルロースより増加した主剤としての活性化セルロースと、前記活性化セルロースを架橋する硬化剤としてのポリイソシアネートとからなる。 The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 16 cross-links the activated cellulose as a main agent in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface is increased from that of non-activated cellulose, and the activated cellulose. And polyisocyanate as a curing agent.
請求項17に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項16記載の構成において、前記活性化セルロースとして、セルロースをエーテル化処理することにより水酸基を活性化してセルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたエーテル化セルロースを使用した。 The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 17 is the composition according to claim 16, wherein the activated cellulose is activated by subjecting the cellulose to etherification to activate the hydroxyl groups and thereby the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface. Etherified cellulose having a ratio of the number of active hydroxyl groups in the water to 1/2 or more was used.
請求項18に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項16記載の構成において、前記活性化セルロースとして、セルロースをエーテル化処理したエーテル化セルロースを衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化して表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアモルファスエーテル化セルロースを使用した。 The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 18 is the structure according to claim 16, wherein the activated cellulose is subjected to impact pulverization of etherified cellulose obtained by etherifying cellulose to destroy the crystal structure. The amorphous etherified cellulose which activated the hydroxyl group and made the ratio of the number of active hydroxyl groups with respect to the total number of hydroxyl groups on the surface 1/2 or more was used.
請求項19に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を非活性化セルロースより増加した主剤としての活性化セルロースと、ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記活性化セルロースと混合分散されると共に、常温または加熱により前記活性化セルロースを架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートとからなる。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 19 comprises activated cellulose as a main agent in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface is increased from that of non-activated cellulose, and polyisocyanate by a blocking agent. In the blocked state, it is mixed and dispersed with the activated cellulose, and is composed of blocked isocyanate as a curing agent that crosslinks the activated cellulose by normal temperature or heating.
請求項20に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項19記載の構成において、前記活性化セルロースとして、セルロースをエーテル化処理することにより水酸基を活性化してセルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたエーテル化セルロースを使用した。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 20 is the composition according to claim 19, wherein the activated cellulose is activated by subjecting the cellulose to etherification to activate the hydroxyl groups and thereby the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface. Etherified cellulose having a ratio of the number of active hydroxyl groups in the water to 1/2 or more was used.
請求項21に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項19記載の構成において、前記活性化セルロースとして、セルロースをエーテル化処理したエーテル化セルロースを衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化して表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアモルファスエーテル化セルロースを使用した。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 21 is the structure according to claim 19, wherein the activated cellulose is subjected to impact pulverization of etherified cellulose obtained by etherifying cellulose to destroy the crystal structure. The amorphous etherified cellulose which activated the hydroxyl group and made the ratio of the number of active hydroxyl groups with respect to the total number of hydroxyl groups on the surface 1/2 or more was used.
請求項22に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、セルロースをエステル化処理することにより水酸基を活性化して表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を非活性化セルロースより増加した主剤としてのエステル化セルロースに加水してゾル化またはゲル化したコロイド状セルロースとしてのコロイド状エステル化セルロースと、ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状エステル化セルロースと混合されてエマルジョン化されると共に、常温または加熱により前記エステル化セルロースを架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートとからなる。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 22 activates hydroxyl groups by esterifying cellulose to increase the ratio of the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the surface compared to that of non-activated cellulose. Colloidal esterified cellulose as colloidal cellulose hydrated or esterified to esterified cellulose as the main agent, and mixed with the colloidal esterified cellulose in the state where polyisocyanate is blocked with a blocking agent. And a blocked isocyanate as a curing agent that crosslinks the esterified cellulose at room temperature or by heating.
請求項23に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、セルロースをエーテル化処理することにより水酸基を活性化して表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を非活性化セルロースより増加した主剤としてのエーテル化セルロースに加水してゾル化またはゲル化したコロイド状セルロースとしてのコロイド状エーテル化セルロースと、ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状エーテル化セルロースと混合されてエマルジョン化されると共に、常温または加熱により前記エーテル化セルロースを架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートとからなる。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 23 activates hydroxyl groups by etherification treatment of cellulose, and increases the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface as compared with that of non-activated cellulose. Colloidal etherified cellulose as colloidal cellulose hydrated or gelled by etherified cellulose as the main agent, and mixed with the colloidal etherified cellulose in the state where polyisocyanate is blocked with a blocking agent. And a blocked isocyanate as a curing agent that crosslinks the etherified cellulose by normal temperature or heating.
請求項24に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、セルロースをエーテル化処理したエーテル化セルロースを衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化してその水酸基を活性化した主剤としてのアモルファスエーテル化セルロースに加水してゾル化またはゲル化したコロイド状セルロースとしてのコロイド状アモルファスエーテル化セルロースと、ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状アモルファスエーテル化セルロースと混合されてエマルジョン化されると共に、常温または加熱により前記アモルファスエーテル化セルロースを架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートとからなる。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 24 activates the hydroxyl group by pulverizing the etherified cellulose obtained by etherifying the cellulose and destroying the crystal structure to activate the hydroxyl group. Colloidal amorphous etherified cellulose as colloidal cellulose hydrolyzed to amorphous etherified cellulose as the main agent, and colloidal amorphous etherified cellulose in a state where polyisocyanate is blocked with a blocking agent It is mixed and emulsified, and it consists of blocked isocyanate as a curing agent that crosslinks the amorphous etherified cellulose at room temperature or by heating.
請求項25に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項22乃至24のいずれか1項記載の構成において、前記コロイド状セルロースのPHを5〜9の範囲とした。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 25 is the composition according to any one of claims 22 to 24, wherein the colloidal cellulose has a PH of 5-9.
(ブロック剤限定)
請求項26に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項22乃至24のいずれか1項記載の構成において、前記ブロック剤としてオキシム系ブロック剤を使用した。
(Block agent only)
The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 26 uses the oxime blocking agent as the blocking agent in the structure according to any one of claims 22 to 24.
(イソシアネートのサイズ(長さ)限定)
請求項27に係る硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、請求項17乃至23のいずれか1項記載の構成において、前記ポリイソシアネートとして、前記セルロースの活性水酸基間距離に対応するサイズを有するポリイソシアネートを使用した。
(Isocyanate size (length) only)
The curable bioplastic binder composition according to claim 27 is the composition according to any one of claims 17 to 23, wherein the polyisocyanate is a polyisocyanate having a size corresponding to a distance between active hydroxyl groups of the cellulose. used.
(硬化物)
請求項28に係る硬化物は、請求項1乃至27のいずれか1項の硬化性バイオプラスチックバインダー組成物を常温または加熱により反応して硬化することにより生成した。
(Cured product)
The hardened | cured material which concerns on Claim 28 produced | generated by making the curable bioplastic binder composition of any one of Claims 1 thru | or 27 react and harden | cure by normal temperature or a heating.
請求項1に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、主剤としての澱粉として、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を(天然澱粉等の)非活性化澱粉より増加した活性化澱粉を使用することにより、澱粉分子特有の立体構造(螺旋構造乃至結晶構造)等に起因する硬化剤乃至架橋剤としてのポリイソシアネートとの反応性低下を克服することができ、澱粉分子(澱粉ユニット間または澱粉サブユニット間)を高い反応性でポリイソシアネートにより架橋することができる。その結果、請求項1に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、従来のバイオプラスチックに特有の効果(環境性や天然資源の有効活用等)と従来の硬化性プラスチックに特有の効果(製造時の省エネルギー効果及び耐熱性等の諸特性)を共に満足しながら、高い反応率(硬化率)で確実に短時間で硬化することができ、ひいては、石油系の硬化性プラスチックバインダーに較べて大気中のCO2濃度の増加を抑制し、地球温暖化を防止することができる。また、ポリイソシアネートを硬化剤として用い、澱粉の高分子構造(α1・4グリコシド結合)を残しながら澱粉間の架橋反応を行うことで、容易に3次元網目構造を形成し、可塑性のバイオプラスチックバインダーより少ない製造エネルギーでプラスチックとしての機能を果たすことができる。 In the solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 1, as a starch as a main ingredient, the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules is increased from that of non-activated starch (such as natural starch). By using activated starch, it is possible to overcome a decrease in reactivity with a polyisocyanate as a curing agent or a crosslinking agent due to a three-dimensional structure (helical structure or crystal structure) peculiar to starch molecules. The starch units or starch subunits) can be crosslinked with high reactivity with polyisocyanates. As a result, the solid-liquid type curable bioplastic binder composition according to claim 1 has an effect specific to the conventional bioplastic (such as environment and effective utilization of natural resources) and an effect specific to the conventional curable plastic ( It can be cured in a short time with a high reaction rate (curing rate) while satisfying both energy-saving effects and heat-resistant properties at the time of manufacture, and in comparison with petroleum-based curable plastic binders. An increase in the CO 2 concentration in the atmosphere can be suppressed and global warming can be prevented. In addition, a polyisocyanate is used as a curing agent, and a cross-linking reaction between starches is performed while leaving the starch polymer structure (α1 / 4 glycoside bond), so that a three-dimensional network structure can be easily formed, and a plastic bioplastic binder. It can function as a plastic with less manufacturing energy.
請求項2に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、アルファー澱粉、熱分解澱粉、アモルファス澱粉等の物理変性澱粉を使用することで、硬化速度がより高まり製造エネルギーを削減することができる。 The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 2 further uses a physically modified starch such as alpha starch, pyrolyzed starch, amorphous starch, etc., to increase the curing speed and reduce production energy. Can do.
請求項3に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、化学変性澱粉であるエステル化澱粉を使用することで、硬化速度がより高まり製造エネルギーを削減することができる。 The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 3 can further increase the curing speed and reduce the production energy by using esterified starch which is a chemically modified starch.
請求項4に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、アルファーエステル化澱粉、熱分解エステル化澱粉、アモルファスエステル化澱粉等の化学変性及び物理変性した澱粉を使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。また、難燃性も、同じポリイソシアネートを使用するポリウレタンに比べ、高くなる。
The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 4 can be further improved by using chemically and physically modified starches such as alpha esterified starch, pyrolyzed esterified starch, and amorphous esterified starch. The curing speed is increased and the production energy can be reduced. Moreover, the flame retardancy is also higher than that of polyurethane using the same polyisocyanate.
請求項5に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、主剤としての澱粉として、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を(天然澱粉等の)非活性化澱粉より増加した活性化澱粉を使用することにより、澱粉分子特有の立体構造(螺旋構造乃至結晶構造)等に起因する硬化剤乃至架橋剤としてのポリイソシアネートとの反応性低下を克服することができ、澱粉分子(澱粉ユニット間または澱粉サブユニット間)を高い反応性でポリイソシアネートにより架橋することができる。その結果、請求項5に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、従来のバイオプラスチックに特有の効果(環境性や天然資源の有効活用等)と従来の硬化性プラスチックに特有の効果(製造時の省エネルギー効果及び耐熱性等の諸特性)を共に満足しながら、高い反応率(硬化率)で確実に短時間で硬化することができる。また、このような特性と合せ、1液タイプとしたことにより、自動車内装部品製造の熱プレス成形における材料へのバインダー含浸前処理への対応を可能とする。 The one-pack type curable bioplastic binder composition according to claim 5 has increased the ratio of the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules as compared with non-activated starch (such as natural starch) as starch as a main ingredient. By using activated starch, it is possible to overcome a decrease in reactivity with a polyisocyanate as a curing agent or a cross-linking agent due to a three-dimensional structure (helical structure or crystal structure) peculiar to starch molecules. Between starch units or starch subunits) can be crosslinked with high reactivity with polyisocyanates. As a result, the solid-liquid type curable bioplastic binder composition according to claim 5 has an effect peculiar to conventional bioplastics (environmental properties, effective utilization of natural resources, etc.) and an effect peculiar to conventional curable plastics ( While satisfying both the energy saving effect during manufacturing and various characteristics such as heat resistance), it can be reliably cured in a short time with a high reaction rate (curing rate). Moreover, by combining with such characteristics and using a one-component type, it is possible to cope with a pre-treatment of impregnating a binder into a material in hot press molding for manufacturing automobile interior parts.
請求項6に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、アルファー澱粉、熱分解澱粉、アモルファス澱粉等の物理変性澱粉を使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 6 further uses a physically modified starch such as alpha starch, pyrolyzed starch, and amorphous starch to increase the curing speed and reduce production energy. Can do.
請求項7に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、化学変性したエステル化澱粉を使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 7 can further increase the curing speed and reduce the production energy by using chemically modified esterified starch.
請求項8に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、アルファーエステル化澱粉、熱分解エステル化澱粉、アモルファスエステル化澱粉等の化学変性及び物理変性した澱粉を使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 8 is further made by using chemically modified and physically modified starch such as alpha esterified starch, pyrolyzed esterified starch, and amorphous esterified starch. The curing speed is increased and the production energy can be reduced.
請求項9に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、主剤としての澱粉として、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を(天然澱粉等の)非活性化澱粉より増加した活性化澱粉を使用することにより、澱粉分子特有の立体構造(螺旋構造乃至結晶構造)等に起因する硬化剤乃至架橋剤としてのポリイソシアネートとの反応性低下を克服することができ、澱粉分子(澱粉ユニット間または澱粉サブユニット間)を高い反応性でポリイソシアネートにより架橋することができる。その結果、請求項9に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、従来のバイオプラスチックに特有の効果(環境性や天然資源の有効活用等)と従来の硬化性プラスチックに特有の効果(製造時の省エネルギー効果及び耐熱性等の諸特性)を共に満足しながら、高い反応率(硬化率)で確実に短時間で硬化することができる。また、このような特性と合せ、1液タイプとしたことにより、自動車内装部品製造の熱プレス成形における材料へのバインダー含浸前処理への対応を可能とし、水性であるためにVOCの発生を抑制し、環境への影響を最小限に留めることができる。加えて、ゾル化またはゲル化したコロイド状澱粉を使用することにより、界面活性剤等の乳化剤を使用しなくても、ポリイソシアネートのエマルジョン化を円滑かつ安定的に図ることができる。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 9 has an increased ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules as a main ingredient starch, compared to non-activated starch (such as natural starch). By using the activated starch, it is possible to overcome a decrease in reactivity with the polyisocyanate as a curing agent or a crosslinking agent due to a three-dimensional structure (helical structure or crystal structure) peculiar to starch molecules. (Between starch units or starch subunits) can be crosslinked with polyisocyanate with high reactivity. As a result, the solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 9 has an effect peculiar to conventional bioplastics (environmental property, effective utilization of natural resources, etc.) and an effect peculiar to conventional curable plastics ( While satisfying both the energy saving effect during manufacturing and various characteristics such as heat resistance), it can be reliably cured in a short time with a high reaction rate (curing rate). In addition, combined with these characteristics, the one-component type enables the use of pre-impregnation treatment with binders in materials in the hot press molding of automobile interior parts manufacturing, and suppresses the occurrence of VOC because it is aqueous. And the impact on the environment can be kept to a minimum. In addition, by using a sol-form or gelled colloidal starch, the polyisocyanate can be emulsified smoothly and stably without using an emulsifier such as a surfactant.
請求項10に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、アルファー澱粉、熱分解澱粉、アモルファス澱粉等の物理変性澱粉を使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The one-component water-based curable bioplastic binder composition according to claim 10 further uses a physically modified starch such as alpha starch, pyrolyzed starch, amorphous starch, etc., thereby further increasing the curing speed and reducing production energy. be able to.
請求項11に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、化学変性したエステル化澱粉を使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 11 can further increase the curing speed and reduce the production energy by using the chemically modified esterified starch.
請求項12に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、アルファーエステル化澱粉、熱分解エステル化澱粉、アモルファスエステル化澱粉等の化学変性及び物理変性した澱粉を使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 12 further uses a chemically modified and physically modified starch such as an alpha esterified starch, a pyrolyzed esterified starch, and an amorphous esterified starch. The curing speed is further increased and the production energy can be reduced.
請求項13に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、コロイド状澱粉のPHを5〜9の範囲とすることで、エマルジョンが安定化する。 In the one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to the thirteenth aspect of the invention, the emulsion is stabilized by further adjusting the PH of the colloidal starch within the range of 5 to 9.
請求項14に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、オキシム系ブロック剤を使用することで、コロイド状澱粉とブロックイソシアネートが均一分散したエマルジョンを得ることができる。 The one-part aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 14 can further obtain an emulsion in which colloidal starch and blocked isocyanate are uniformly dispersed by using an oxime blocking agent.
請求項15に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、活性化澱粉の活性水酸基間距離に対応する所定サイズのポリイソシアネートにより効率よく澱粉の活性水酸基間を架橋することができる。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 15 can further efficiently crosslink between active hydroxyl groups of starch with a polyisocyanate having a predetermined size corresponding to the distance between active hydroxyl groups of activated starch. .
請求項16に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、主剤としてのセルロースとして、セルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を(天然セルロース等の)非活性化セルロースより増加した活性化セルロースを使用することにより、セルロース分子特有の構造(分子間の水素結合)等に起因する硬化剤乃至架橋剤としてのポリイソシアネートとの反応性低下を克服することができ、セルロース分子を高い反応性でポリイソシアネートにより架橋することができる。その結果、請求項16に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、従来のバイオプラスチックに特有の効果(環境性や天然資源の有効活用等)と従来の硬化性プラスチックに特有の効果(製造時の省エネルギー効果及び耐熱性等の諸特性)を共に満足しながら、高い反応率(硬化率)で確実に短時間で硬化することができ、ひいては、地球生態系で循環する有機化合物であるセルロースを主剤とすることで、石油系の硬化性プラスチックバインダーに較べて大気中のCO2濃度の増加を抑制し、地球温暖化を防止することができる。また、ポリイソシアネートを硬化剤として用い、セルロースの高分子構造(β1・4グリコシド結合)を残しながらセルロース間の架橋反応を行うことで、容易に3次元網目構造を形成し、可塑性のバイオプラスチックバインダーより少ない製造エネルギーでプラスチックとしての機能をはたすことができる。 The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 16 has an activity in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface is increased as compared with non-activated cellulose (such as natural cellulose) as cellulose as a main ingredient. By using a modified cellulose, it is possible to overcome a decrease in reactivity with polyisocyanate as a curing agent or a crosslinking agent due to a structure unique to cellulose molecules (hydrogen bonding between molecules), etc. And can be cross-linked by polyisocyanate. As a result, the solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 16 has an effect specific to conventional bioplastics (such as environmental properties and effective utilization of natural resources) and an effect specific to conventional curable plastics ( It is an organic compound that can be cured in a short period of time with a high reaction rate (curing rate) while satisfying both energy-saving effects during manufacturing and heat resistance, etc. By using cellulose as the main agent, it is possible to suppress an increase in the CO 2 concentration in the atmosphere and prevent global warming compared to petroleum-based curable plastic binders. In addition, a polyisocyanate is used as a curing agent, and a three-dimensional network structure is easily formed by performing a cross-linking reaction between celluloses while leaving the macromolecular structure of cellulose (β1 · 4 glycoside bonds), and a plastic bioplastic binder. Functions as plastic can be achieved with less manufacturing energy.
請求項17に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、セルロース誘導体であるエーテル化セルロースを使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 17 can further increase the curing speed and reduce the production energy by using etherified cellulose which is a cellulose derivative.
請求項18に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、アモルファスエーテル化セルロースを使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 18 can further increase the curing rate and reduce the production energy by using amorphous etherified cellulose.
請求項19に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、主剤としてのセルロースとして、セルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を(天然セルロース等の)非活性化セルロースより増加した活性化セルロースを使用することにより、セルロース分子特有の構造(分子間の水素結合)等に起因する硬化剤乃至架橋剤としてのポリイソシアネートとの反応性低下を克服することができ、セルロース分子を高い反応性でポリイソシアネートにより架橋することができる。その結果、請求項19に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、従来のバイオプラスチックに特有の効果(環境性や天然資源の有効活用等)と従来の硬化性プラスチックに特有の効果(製造時の省エネルギー効果及び耐熱性等の諸特性)を共に満足しながら、高い反応率(硬化率)で確実に短時間で硬化することができる。また、このような特性と合せ、1液タイプとしたことにより、自動車内装部品製造の熱プレス成形における材料へのバインダー含浸前処理への対応を可能とする。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 19 has an activity in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface is increased as compared with non-activated cellulose (such as natural cellulose) as cellulose as a main ingredient. By using a modified cellulose, it is possible to overcome a decrease in reactivity with polyisocyanate as a curing agent or a crosslinking agent due to a structure unique to cellulose molecules (hydrogen bonding between molecules), etc. And can be cross-linked by polyisocyanate. As a result, the solid-liquid curable bioplastic binder composition according to claim 19 has an effect peculiar to conventional bioplastics (environmental properties, effective utilization of natural resources, etc.) and an effect peculiar to conventional curable plastics ( While satisfying both the energy saving effect during manufacturing and various characteristics such as heat resistance), it can be reliably cured in a short time with a high reaction rate (curing rate). Moreover, by combining with such characteristics and using a one-component type, it is possible to cope with a pre-treatment of impregnating a binder into a material in hot press molding for manufacturing automobile interior parts.
請求項20に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、活性処理セルロースであるエーテル化セルロースを使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The one-component curable bioplastic binder composition according to the twentieth aspect further uses etherified cellulose, which is an active-treated cellulose, so that the curing speed can be further increased and the production energy can be reduced.
請求項21に係る1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、アモルファスエーテル化セルロース澱粉を使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The one-component curable bioplastic binder composition according to claim 21 can further increase the curing speed and reduce the production energy by using amorphous etherified cellulose starch.
請求項22に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、主剤としてのセルロースとして、セルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を(天然セルロース等の)非活性化セルロースより増加した活性化セルロースを使用することにより、セルロース分子特有の構造(分子間の水素結合)等に起因する硬化剤乃至架橋剤としてのポリイソシアネートとの反応性低下を克服することができ、セルロース分子を高い反応性でポリイソシアネートにより架橋することができる。その結果、請求項22に係る固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、従来のバイオプラスチックに特有の効果(環境性や天然資源の有効活用等)と従来の硬化性プラスチックに特有の効果(製造時の省エネルギー効果及び耐熱性等の諸特性)を共に満足しながら、高い反応率(硬化率)で確実に短時間で硬化することができる。また、このような特性と合せ、1液タイプとしたことにより、自動車内装部品製造の熱プレス成形における材料へのバインダー含浸前処理への対応を可能とし、水性であるためにVOCの発生を抑制し、環境への影響を最小限に留めることができる。加えて、ゾル化またはゲル化したコロイド状セルロースを使用することにより、界面活性剤等の乳化剤を使用しなくても、ポリイソシアネートのエマルジョン化を円滑かつ安定的に図ることができる。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 22 has an increased ratio of the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the surface of cellulose as compared with non-activated cellulose (such as natural cellulose). By using activated cellulose, it is possible to overcome a decrease in reactivity with a polyisocyanate as a curing agent or a crosslinking agent due to a structure (hydrogen bonding between molecules) peculiar to cellulose molecules. It is reactive and can be crosslinked with polyisocyanates. As a result, the solid-liquid type curable bioplastic binder composition according to claim 22 has an effect peculiar to conventional bioplastics (environmental property, effective utilization of natural resources, etc.) and an effect peculiar to conventional curable plastics ( While satisfying both the energy saving effect during manufacturing and various characteristics such as heat resistance), it can be reliably cured in a short time with a high reaction rate (curing rate). In addition, combined with these characteristics, the one-component type enables the use of pre-impregnation treatment with binders in materials in the hot press molding of automobile interior parts manufacturing, and suppresses the occurrence of VOC because it is aqueous. And the impact on the environment can be kept to a minimum. In addition, by using colloidal cellulose that has been solated or gelled, polyisocyanate can be emulsified smoothly and stably without using an emulsifier such as a surfactant.
請求項23に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、エーテル化セルロースを使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to the twenty-third aspect can further increase the curing rate and reduce the production energy by using etherified cellulose.
請求項24に係る1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、アモルファスエステル化セルロースを使用することで、より硬化速度が高まり製造エネルギーを削減することができる。 The one-pack type aqueous curable bioplastic binder composition according to claim 24 can further increase the curing rate and reduce the production energy by using amorphous esterified cellulose.
請求項25に係る硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、コロイド状澱粉のPHを5〜9の範囲とすることで、エマルジョンが安定化する。 In the curable bioplastic binder composition according to claim 25, the emulsion is further stabilized by adjusting the PH of the colloidal starch in the range of 5 to 9.
請求項26に係る硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、オキシム系ブロック剤を使用することで、コロイド状澱粉とブロックイソシアネートが均一分散したエマルジョンを得ることができる。 The curable bioplastic binder composition according to claim 26 can further obtain an emulsion in which colloidal starch and blocked isocyanate are uniformly dispersed by using an oxime blocking agent.
請求項27に係る硬化性バイオプラスチックバインダー組成物は、更に、セルロースの活性水酸基間距離に対応する所定サイズのポリイソシアネートにより効率よく澱粉の活性水酸基間を架橋することができる。 In the curable bioplastic binder composition according to claim 27, the active hydroxyl groups of starch can be efficiently crosslinked with a polyisocyanate having a predetermined size corresponding to the distance between active hydroxyl groups of cellulose.
請求項28に係る硬化物は、請求項1乃至27のいずれか1項の硬化性バイオプラスチックバインダー組成物に起因して、耐熱性、環境性等、特有の効果を発揮する。 The cured product according to claim 28 exhibits specific effects such as heat resistance and environmental properties due to the curable bioplastic binder composition according to any one of claims 1 to 27.
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態という)を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described.
実施の形態1
実施の形態1に係る硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態1に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、主剤としての澱粉と、硬化剤乃至架橋剤としてのポリイソシアネートとからなる固体(澱粉)+液体(ポリイソシアネート)タイプ、即ち、固液型の常温または熱硬化性バイオプラスチックバインダー組成物である。本発明の澱粉としては、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を天然澱粉等の非活性化澱粉より増加した活性化澱粉を使用する。即ち、天然澱粉等の非活性化澱粉は、各澱粉分子のアミロース単位ごとに3個の水酸基を有するが、そのうちの1個のみが活性水酸基であり、残りの2個は(水素結合や立体障害等により活性を失った)非活性水酸基となっている。よって、天然澱粉等の非活性化澱粉は、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合が、通常のままでは、約1/3となっている。これに対し、本発明は、主剤としての澱粉として、非活性化澱粉を、物理変性、化学変性、または化学変性と物理変性との組合せにより活性化することにより、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を非活性化澱粉の場合(1/3)より増加した澱粉(本出願書類中において「活性化澱粉」という)を使用する。具体的には、本発明は、主剤として、活性化澱粉における当該活性水酸基の割合を40%以上(化学変性澱粉の場合)または1/2以上(物理変性澱粉並びに化学変性と物理変性との組合せによる物理/化学変性澱粉の場合)とした活性化澱粉を使用する。なお、その限りにおいて、本発明の活性化澱粉としては、天然澱粉や、天然澱粉を物理変性または化学変性した化工澱粉等、任意の澱粉を使用することができる。また、現状では、澱粉は自然界に存在する天然澱粉しかないが、化学合成により同等の組成とされた合成澱粉(変性澱粉ではない)が生成できる場合、かかる合成澱粉も澱粉として使用することができる。ここで、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合は、正確に測定することは難しいが、主剤としての澱粉と硬化剤としてのポリイソシアネートとを混合して反応させた場合の反応率を比較することにより、活性水酸基の割合を推定することができる。例えば、非活性化澱粉(活性水酸基数の割合が1/3)とポリイソシアネートとを反応させたときの反応率Xに対し、活性化澱粉とポリイソシアネートとを反応させたときの反応率Yが2倍になっていれば、澱粉粒表面の活性水酸基の割合が2倍になったと推定でき、この場合、活性化澱粉の澱粉粒表面の活性水酸基の割合は1/3*2=2/3になったと推定できる。同様に、非活性化澱粉とポリイソシアネートとを反応させたときの反応率Xに対し、活性化澱粉とポリイソシアネートとを反応させたときの反応率Yが1.5倍(3/2倍)になっていれば、澱粉粒表面の活性水酸基の割合が1.5倍(3/2倍)になったと推定でき、この場合、活性化澱粉の澱粉粒表面の活性水酸基の割合は1/3*3/2=1/2になったと推定できる。
Embodiment 1
The curable plastic binder composition and cured product thereof according to Embodiment 1 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 1 is a solid (starch) + liquid (polyisocyanate) type consisting of starch as a main agent and polyisocyanate as a curing agent or a crosslinking agent, that is, a solid-liquid type. It is a room temperature or thermosetting bioplastic binder composition. As the starch of the present invention, an activated starch is used in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules is increased from that of non-activated starch such as natural starch. That is, non-activated starch such as natural starch has three hydroxyl groups for each amylose unit of each starch molecule, but only one of them is an active hydroxyl group, and the remaining two are (hydrogen bonds and steric hindrances). It is an inactive hydroxyl group that has lost its activity due to, for example. Therefore, in the non-activated starch such as natural starch, the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules is about 1/3 as usual. On the other hand, in the present invention, as starch as a main ingredient, non-activated starch is activated by physical modification, chemical modification, or a combination of chemical modification and physical modification, so that the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules is increased. Starch (referred to as “activated starch” in the present application document) in which the ratio of the number of active hydroxyl groups is increased from the case of non-activated starch (1/3) is used. Specifically, in the present invention, the ratio of the active hydroxyl group in the activated starch is 40% or more (in the case of chemically modified starch) or 1/2 or more (physically modified starch and a combination of chemically modified and physically modified) as the main agent. Activated starch as used in the case of physical / chemically modified starch according to As long as that is the case, as the activated starch of the present invention, any starch such as natural starch or modified starch obtained by physically or chemically modifying natural starch can be used. In addition, at present, starch is only natural starch that exists in nature, but if synthetic starch (not modified starch) having an equivalent composition can be produced by chemical synthesis, such synthetic starch can also be used as starch. . Here, the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules is difficult to measure accurately, but the reaction rate when starch as a main agent and polyisocyanate as a curing agent are mixed and reacted. By comparing these, the ratio of active hydroxyl groups can be estimated. For example, the reaction rate Y when activated starch and polyisocyanate are reacted is compared with the reaction rate X when non-activated starch (the ratio of the number of active hydroxyl groups is 1/3) and polyisocyanate is reacted. If it is doubled, it can be estimated that the ratio of active hydroxyl groups on the surface of starch granules has doubled. In this case, the ratio of active hydroxyl groups on the surface of starch granules of activated starch is 1/3 * 2 = 2/3. It can be estimated that Similarly, the reaction rate Y when activated starch and polyisocyanate are reacted is 1.5 times (3/2 times) the reaction rate X when non-activated starch and polyisocyanate are reacted. If it is, it can be estimated that the ratio of active hydroxyl groups on the surface of starch granules is 1.5 times (3/2 times). In this case, the ratio of active hydroxyl groups on the surface of starch granules of activated starch is 1/3. * It can be estimated that 3/2 = 1/2.
以下、本発明で使用する主剤としての澱粉について説明する。澱粉は、タピオカ、馬鈴薯、コーン、小麦、甘藷、米、サゴ等、高等植物の貯蔵多糖類で、アミロース(アミロース分子)とアミロペクチン(アミロペクチン分子)からなる。アミロース及びアミロペクチンの割合は澱粉種により異なるが、通常、アミロースが約20〜25%で、アミロペクチンが約75〜80%である。なお、もち米やもちとうもろこし(もち種)等、アミロペクチンが約100%であり、アミロースをほとんど含有しないものもある。また、アミロースは、D−グルコースがα−1,4グリコシド結合で直鎖状に連結した重合体(多糖)であり、植物種によるが、一般に平均重合度約30〜3000、平均分子量数万〜数十万ともいわれ、非還元末端と還元末端とを各1個有する。なお、アミロースは、一部、α−1,6グリコシド結合により分岐するものもあるが、その割合は非常に小さい。アミロースは、水中で二重螺旋(2本螺旋(double-stranded helix))構造となり、水中に均一に分散する。また、螺旋構造の内側は疎水的環境であり、外側は親水性となっている。更に、アミロースは、極性、非極性を問わず、多くの化合物と強い相互作用を有しており、これらの化合物と複合体を形成する。更にまた、アミロースは、溶媒に溶解して非溶媒を加える等の処理を行って再生することにより、分子鎖がV−アミロース等の一重螺旋(1本螺旋(single-stranded helix))構造となる。なお、天然澱粉には、一重螺旋(1本螺旋(single-stranded helix))構造のアミロースも含有されている。以下に、アミロース分子の一般構造式(部分式)を示す。
一方、アミロペクチンは、アミロースの直鎖状分子がα−1,6グリコシド結合により多岐に分岐して重合した3次元構造をなす重合体(多糖)であり、一般に平均重合度約6千〜28万、平均分子量約16万〜600万ともいわれ、グルコースの比較的短いα−1,4鎖(グルコース残基約20〜30個を一単位)がα−1,6グリコシド結合により別のグルコース鎖と結合している。全グリコシド結合に対するα−1,6グリコシド結合の割合は約4%で、グルコース残基単位25に対し1個の割合である。アミロペクチンは、房状をなすクラスター構造を有し、そのうちの大部分が二重螺旋(2本螺旋)構造を有するといわれている。以下に、アミロペクチン分子の一般構造式(部分式)を示す。
澱粉粒は、化学的には上記のような直鎖状のアミロースと分岐状(房状)のアミロペクチンとが混在し、物理的には結晶部分(一重螺旋構造部分及び二重螺旋構造部分)並びに非晶質部分を含む不均質な物質である。かかるアミロースとアミロペクチンとは、ヒドロキシル基(水酸基)を介した水素結合により分子間結合すると共に分子内結合することに加え、結晶部分の立体構造(立体障害)により活性を有するヒドロキシル基(活性水酸基)の官能性も阻害されるため、通常の天然澱粉では、上述のように、活性水酸基の数は全体の水酸基のうちの約1/3程度であり、全体の約2/3の水酸基は活性を有しない不活性水酸基となっている。よって、通常の天然澱粉のままでは、硬化剤乃至架橋剤としてのポリイソシアネートのイソシアネート基(N=C=O)と反応する活性水酸基の数が十分でなく、特に常温等での反応性乃至硬化性の点で十分ではない。なお、図1に、通常の天然澱粉の構造を模式的に示す。通常の天然澱粉は、図1に示すように、一重螺旋のアミロースに二重螺旋のアミロペクチンが分岐して連結した小房状のサブユニットを、放射状となるよう複数(図1では12個)連結して1ユニットとした、全体として放射房状(クラスター状)の構造を有していると考えることができる。そして、上記のように、通常の天然澱粉では、澱粉粒内のサブユニット間で水酸基が水素結合したり、澱粉粒間(ユニット間)で水酸基が水素結合したりして、活性水酸基の数が減少している。 The starch granules are chemically mixed with the linear amylose and the branched (tufted) amylopectin as described above, and physically the crystalline part (single-helix structure part and double-helix structure part) and It is a heterogeneous substance containing an amorphous part. Such amylose and amylopectin are hydroxyl groups (active hydroxyl groups) that are active due to the three-dimensional structure (steric hindrance) of the crystal part in addition to intermolecular and intramolecular bonds through hydrogen bonding via hydroxyl groups (hydroxyl groups). In general natural starch, as described above, the number of active hydroxyl groups is about 1/3 of the total hydroxyl groups, and about 2/3 of the total hydroxyl groups are active. It has an inactive hydroxyl group. Therefore, if the natural starch is used as it is, the number of active hydroxyl groups that react with the isocyanate group (N = C = O) of the polyisocyanate as a curing agent or a crosslinking agent is not sufficient, and particularly the reactivity or curing at room temperature or the like. Not enough in terms of sex. In addition, in FIG. 1, the structure of normal natural starch is shown typically. As shown in FIG. 1, ordinary natural starch has a plurality of small subunits (12 in FIG. 1) linked to a single-stranded amylose in which double-helix amylopectin is branched and connected. Thus, it can be considered that the entire unit has a radial tufted (cluster) structure. As described above, in normal natural starch, hydroxyl groups are hydrogen-bonded between subunits in starch granules, or hydroxyl groups are hydrogen-bonded between starch grains (between units). is decreasing.
そこで、本発明者らは、物理変性、化学変性、或いは、化学変性と物理変性との組合せ(より好ましくは、物理変性または化学変性と物理変性との組合せ)により通常の天然澱粉の特に結晶構造を破壊または物理変性等して、分子間の水素結合を開放することにより、澱粉粒表面における活性水酸基数の割合を通常の非活性化澱粉の場合より増加して、化学変性のみの場合は全水酸基数の40%以上、物理変性の場合は全水酸基数の1/2以上となるように改善している。即ち、実施の形態1及び以降の実施の形態2〜24の澱粉は、澱粉粒表面の活性水酸基数が澱粉粒表面の全水酸基数の40%以上または1/2以上の割合となるように調製した活性化澱粉である。なお、活性水酸基とは、水酸基相互の水素結合または澱粉分子の立体障害により反応性が失われていない水酸基のことをいう。ここで、実施の形態1では、澱粉粒表面の活性水酸基数が澱粉粒表面の全水酸基数の40%以上または1/2以上の割合となるように、物理変性等により調製した活性化澱粉を使用することが好ましいが、澱粉粒表面の活性水酸基数が澱粉粒表面の全水酸基数の40%以上または1/2以上の割合となる天然澱粉を選択的に使用することも可能である。 Therefore, the present inventors have made especially the crystal structure of ordinary natural starch by physical modification, chemical modification, or a combination of chemical modification and physical modification (more preferably, physical modification or a combination of chemical modification and physical modification). The ratio of the number of active hydroxyl groups on the starch granule surface is increased compared to the case of ordinary non-activated starch by releasing hydrogen bonds between molecules by breaking or physical modification of The number of hydroxyl groups is improved to 40% or more, and in the case of physical modification, it is improved to be 1/2 or more of the total number of hydroxyl groups. That is, the starches of Embodiment 1 and the following Embodiments 2 to 24 are prepared such that the number of active hydroxyl groups on the surface of starch granules is 40% or more or 1/2 or more of the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules. Activated starch. The active hydroxyl group means a hydroxyl group that has not lost its reactivity due to hydrogen bonding between hydroxyl groups or steric hindrance of starch molecules. Here, in Embodiment 1, activated starch prepared by physical modification or the like so that the number of active hydroxyl groups on the surface of starch granules is 40% or more or 1/2 or more of the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules. Although it is preferable to use it, it is possible to selectively use natural starch in which the number of active hydroxyl groups on the surface of starch granules is 40% or more or 1/2 or more of the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules.
次に、上記澱粉の水酸基と反応して澱粉分子(ユニット間及び/またはサブユニット間)を架橋するポリイソシアネートについて説明する。ポリイソシアネートは、一般式CON−R−NCOにより表される化合物であり、実施の形態1では、反応性に富む芳香族系イソシアネートとして、トリレンジイソシアネート(TDI)及びジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)を好適に使用することができる。以下にTDI及びMDIの一般式を示す。(2,4'−TDI、2,6'−TDI、4,4'−MDI、2,4'−MDI、2,2'−MDIの順に表示。)
しかし、これら以外にも、キシリレンジイソシアネート(XDI)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、テトラメチレンキシリレンジイソシアネート(TMXDI)等の芳香族系イソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、水素添加(水添)MDI、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、水添XDI(H6XDI)等の脂環族系イソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ダイマー酸ジイソシアネート(DDI)、ノルボルネン・ジイソシアネート(NBDI)等の脂肪族系イソシアネート等、各種有機ポリイソシアネートを使用したり、これらのビウレット化物、イソシアヌレート化物、カルボジイミド変性体を使用したり、更に、これらの混合物を使用したりすることができる。 However, besides these, aromatic isocyanates such as xylylene diisocyanate (XDI), naphthalene diisocyanate (NDI), tetramethylene xylylene diisocyanate (TMXDI), isophorone diisocyanate (IPDI), hydrogenated (hydrogenated) MDI, dicyclohexyl Various organics such as alicyclic isocyanates such as methane diisocyanate (H12MDI), hydrogenated XDI (H6XDI), aliphatic isocyanates such as hexamethylene diisocyanate (HDI), dimer acid diisocyanate (DDI), norbornene diisocyanate (NBDI), etc. Use polyisocyanates, use these biuret compounds, isocyanurates, modified carbodiimides, or use mixtures of these. It can be.
上記のように構成した実施の形態1に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、前記活性化澱粉を主剤とし、ポリイソシアネートを硬化剤として混合することにより硬化する。例えば、澱粉としてのタピオカ澱粉の所定重量部に対し、ポリイソシアネートとしてTDI及びMDIを1対1の割合で混合した混合物を前記澱粉と同一重量部だけ加えて混合する。すると、澱粉粒表面の複数の活性水酸基(OH)がポリイソシアネートのイソシアネート基(NCO)と常温でウレタン結合(NHCOO)することで、澱粉分子間がポリイソシアネートにより架橋され、3次元網目構造を形成して硬化する。この状態から更に加熱すると、澱粉粒が軟化してその表面の水酸基が更に活性化されることで上記ウレタン結合反応が一層促進され、最終的な硬化物としての硬化性樹脂成形物を迅速かつ効率的に生成する。なお、このときの加熱温度は、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば150℃とすることができる。なお、実施の形態1に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図2に示す。図2に示すように、実施の形態1では、澱粉粒(結晶)の一般構造(固体)を示す(多数本の小房状のサブユニットからなる)放射房状のユニットの活性水酸基間を、ポリイソシアネート(液体)が架橋することになる。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。 The curable plastic binder composition according to Embodiment 1 configured as described above is cured by mixing the activated starch as a main component and polyisocyanate as a curing agent. For example, with respect to a predetermined part by weight of tapioca starch as starch, a mixture obtained by mixing TDI and MDI as a polyisocyanate at a ratio of 1: 1 is added in the same weight part as the starch and mixed. Then, a plurality of active hydroxyl groups (OH) on the surface of the starch granules are urethane-bonded (NHCOO) with the isocyanate groups (NCO) of the polyisocyanate at room temperature, so that the starch molecules are crosslinked by the polyisocyanate to form a three-dimensional network structure. And harden. Further heating from this state further softens the starch granules and further activates the hydroxyl groups on the surface, thereby further promoting the urethane bond reaction, and the curable resin molding as the final cured product can be quickly and efficiently produced. Generate automatically. In addition, the heating temperature at this time shall be the range of 100 degreeC or more and 200 degreeC, for example, can be 150 degreeC. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 1 is shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the first embodiment, between active hydroxyl groups of radial tufted units (consisting of a large number of tufted subunits) showing the general structure (solid) of starch granules (crystals), Polyisocyanate (liquid) will be crosslinked. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例1
実施例1は、実施の形態1に対応する実施例である。実施例1では、主剤としてのタピオカ澱粉50重量部に対し、硬化剤としてTDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネートを50重量部加えて混合し、150℃で加熱した。これにより、タピオカ澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式は次式(1)で表される。
2 St-OH + OCN-R-NCO → St-O-OCHN-R-NHCO-O-St ・・・(1)
なお、式中「St」は澱粉分子(Starch)を示す。
Example 1
Example 1 is an example corresponding to the first embodiment. In Example 1, 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) as a curing agent was added to and mixed with 50 parts by weight of tapioca starch as the main agent, and 150 Heated at ° C. Thereby, the molecule | numerator of tapioca starch was bridge | crosslinked by the polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly. The reaction formula at this time is represented by the following formula (1).
2 St-OH + OCN-R-NCO → St-O-OCHN-R-NHCO-O-St (1)
In the formula, “St” represents a starch molecule (Starch).
実施の形態2
実施の形態2に係る固液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態2に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態1において、主剤としての澱粉として、化工澱粉、特に、物理的化工澱粉を使用したものである。具体的には、主剤としては、アルファー澱粉が使用される。このアルファー澱粉は、天然澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化し、微粉砕することにより、その水酸基を活性化して、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたものである。このように、天然澱粉に加水加熱しゲル化後急速熱乾燥粉砕することにより、主として澱粉分子のα1,6グリコシド結合が切断されて澱粉分子が低分子化し、これら低分子化した澱粉分子が再結合することで、澱粉粒表面の活性水酸基数を増加したアルファー澱粉が生成される。実施の形態2に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、かかるアルファー澱粉を主剤とし、実施の形態1と同様のポリイソシアネートを硬化剤として混合することにより硬化する。例えば、澱粉としてのコーン澱粉の所定重量部に対し、水を所定重量部加えて混合攪拌したものを、所定温度に加熱したツインドラムドライヤー上に滴下して速やかにゲル化及び熱乾燥し、所定粒径(例えば、250μm)未満に粉砕してアルファー澱粉を調製する。このときの加熱温度は、120℃以上180℃までの範囲とし、例えば150℃とすることができる。そして、このアルファー澱粉の所定重量部に対し、ポリイソシアネートとしてTDI及びMDIを1対1の割合で混合した混合物を前記アルファー澱粉と同一重量部だけ加えて混合する。すると、実施の形態1と同様にして、アルファー澱粉粒表面の複数の活性水酸基とポリイソシアネートとがウレタン結合し、三次元網目構造を形成して硬化する。このとき、アルファー澱粉粒は、通常の天然澱粉粒に較べて活性水酸基数が多く反応性が高い。また、この状態から更に加熱することで、実施の形態1と同様、アルファー澱粉粒が軟化して、水酸基が更に活性化されて反応が促進される。このときの加熱温度は実施の形態1と同様、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば150℃とすることができる。なお、実施の形態2に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図3に示す。図3に示すように、実施の形態2では、澱粉粒乃至澱粉構造体(アルファー澱粉粒)における(物理変性による)小房状のサブユニットの活性水酸基間を、ポリイソシアネートが架橋することになる。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 2
A solid-liquid curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 2 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 2 uses modified starch, particularly physical modified starch, as the starch as the main agent in Embodiment 1. Specifically, alpha starch is used as the main agent. This alpha starch is obtained by hydrolyzing natural starch and gelling, followed by rapid thermal drying, alphalation, fine pulverization to activate the hydroxyl groups, and the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules. Is 1/2 or more. In this way, by heating to natural starch, gelling, and rapid thermal drying and pulverization, the α1,6 glycoside bond of the starch molecule is mainly cleaved to reduce the starch molecule, and these reduced starch molecules are regenerated. By combining, alpha starch having an increased number of active hydroxyl groups on the surface of the starch granules is produced. The curable plastic binder composition according to the second embodiment is cured by mixing the alpha starch as a main agent and the same polyisocyanate as in the first embodiment as a curing agent. For example, with respect to a predetermined part by weight of corn starch as starch, a mixture obtained by adding a predetermined part by weight of water and mixing and stirring is dropped on a twin drum dryer heated to a predetermined temperature, and rapidly gelled and thermally dried. An alpha starch is prepared by grinding to a particle size (eg, 250 μm). The heating temperature at this time is in a range from 120 ° C. to 180 ° C., and can be set to 150 ° C., for example. Then, with respect to a predetermined part by weight of the alpha starch, a mixture obtained by mixing TDI and MDI as a polyisocyanate at a ratio of 1: 1 is added in the same amount by weight as the alpha starch and mixed. Then, in the same manner as in the first embodiment, a plurality of active hydroxyl groups on the surface of the alpha starch granules and the polyisocyanate are urethane-bonded to form a three-dimensional network structure and harden. At this time, alpha starch granules have a higher number of active hydroxyl groups and higher reactivity than ordinary natural starch granules. Further, by further heating from this state, as in Embodiment 1, the alpha starch granules are softened, the hydroxyl groups are further activated, and the reaction is promoted. The heating temperature at this time is in the range from 100 ° C. to 200 ° C., for example, 150 ° C., as in the first embodiment. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 2 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the second embodiment, the polyisocyanate crosslinks between active hydroxyl groups of tuft-like subunits (due to physical modification) in starch granules or starch structures (alpha starch granules). . In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例2
実施例2は、実施の形態2に対応する実施例である。実施例2では、主剤としてのコーン澱粉90重量部に対して水100重量部を加えて混合攪拌したものを、150℃に加熱したツインドラムドライヤー上に滴下して速やかにゲル化及び熱乾燥した後、250μm未満の粒径となるよう粉砕して、アルファー澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアルファー澱粉50重量部に対し、硬化剤としてTDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したものを50重量部加えて混合し、150℃で加熱した。これにより、アルファー澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(1)で表される。
Example 2
Example 2 is an example corresponding to the second embodiment. In Example 2, 100 parts by weight of water was added to 90 parts by weight of corn starch as a main ingredient, and the mixture was stirred and dropped onto a twin drum dryer heated to 150 ° C., and rapidly gelled and thermally dried. Thereafter, the starch was ground to a particle size of less than 250 μm to prepare an alpha starch. Further, 50 parts by weight of a mixture of TDI and MDI in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) as a curing agent is added to and mixed with 50 parts by weight of alpha starch as a main ingredient, and the mixture is mixed at 150 ° C. Heated. As a result, the molecules of the alpha starch were crosslinked with the polyisocyanate to form a urethane bond, and the curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (1).
実施の形態3
実施の形態3に係る固液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態3に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態1において、主剤としての澱粉として、実施の形態2と同様、物理的化工澱粉(物理的変性澱粉)を使用したものである。具体的には、主剤としては熱分解澱粉が使用される。この熱分解澱粉は、天然澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたものであり、例えば、かかる熱分解澱粉として焙焼デキストリン等を好適に使用することができる。このように、天然澱粉を熱分解することにより、澱粉分子のα1,4グリコシド結合及びα1,6グリコシド結合がランダムに切断されて澱粉分子の分子量が低下することで、活性水酸基数が増加した熱分解澱粉(デキストリン等)が生成される。実施の形態3に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、かかる熱分解澱粉を主剤とし、実施の形態1と同様のポリイソシアネートを硬化剤として混合することにより硬化する。例えば、澱粉としてのコーン澱粉を、所定温度に加熱した所定サイズのロータリーキルン中に投入し、同ロータリーキルン中を所定回転数の下で所定の排出速度で送り、熱分解することにより熱分解澱粉を調製する。このときの加熱温度は、100℃以上250℃までの範囲とし、特に180℃とすることが好ましい。また、ロータリーキルンの回転速度は、1〜20rpmの範囲とすることが好ましく、送り速度(排出速度)は、毎分10cm以上40cm以下の範囲とし、特に毎分30cmとすることが好ましい。そして、この熱分解澱粉の所定重量部に対し、ポリイソシアネートとしてTDI及びMDIを1対1の割合で混合した混合物を前記熱分解澱粉と同一重量部だけ加えて混合する。すると、実施の形態1と同様にして、熱分解澱粉粒表面の複数の活性水酸基とポリイソシアネートとがウレタン結合し、三次元網目構造を形成して硬化する。このとき、熱分解澱粉粒は、通常の天然澱粉粒に較べて活性水酸基数が多く反応性が高い。また、この状態から更に加熱することで、実施の形態1と同様、熱分解澱粉粒が軟化して、水酸基が更に活性化されて反応が促進される。このときの加熱温度は実施の形態1と同様、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば150℃とすることができる。なお、実施の形態3に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図4に示す。図4に示すように、実施の形態3では、澱粉粒乃至澱粉構造体(熱分解澱粉粒)における(物理変性による)小房状のサブユニットの活性水酸基間を、ポリイソシアネートが架橋することになる。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 3
A solid-liquid curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 3 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 3 is obtained by using physically modified starch (physically modified starch) as the starch as the main agent in Embodiment 1, as in Embodiment 2. Specifically, pyrolyzed starch is used as the main agent. This pyrolyzed starch is one in which the hydroxyl groups are activated by pyrolyzing natural starch and the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules is ½ or more. As the starch, roasted dextrin and the like can be suitably used. Thus, by thermally decomposing natural starch, the α1,4 glycoside bond and α1,6 glycoside bond of the starch molecule are randomly cleaved to reduce the molecular weight of the starch molecule, thereby increasing the number of active hydroxyl groups. Degraded starch (such as dextrin) is produced. The curable plastic binder composition according to the third embodiment is cured by mixing the pyrolytic starch as a main agent and the same polyisocyanate as in the first embodiment as a curing agent. For example, corn starch as starch is put into a rotary kiln of a predetermined size heated to a predetermined temperature, and the pyrolyzed starch is prepared by feeding the rotary kiln at a predetermined discharge speed at a predetermined discharge speed and thermally decomposing it. To do. The heating temperature at this time is in the range of 100 ° C. to 250 ° C., and particularly preferably 180 ° C. The rotational speed of the rotary kiln is preferably in the range of 1 to 20 rpm, and the feed speed (discharge speed) is preferably in the range of 10 cm to 40 cm per minute, particularly preferably 30 cm per minute. Then, a mixture obtained by mixing TDI and MDI as a polyisocyanate at a ratio of 1: 1 is added to the predetermined weight part of the pyrolyzed starch by the same weight part as the pyrolyzed starch and mixed. Then, in the same manner as in the first embodiment, the plurality of active hydroxyl groups on the surface of the pyrolyzed starch granules and the polyisocyanate are urethane-bonded to form a three-dimensional network structure and harden. At this time, the pyrolyzed starch granules have a higher number of active hydroxyl groups and higher reactivity than ordinary natural starch granules. Further, by further heating from this state, as in the first embodiment, the pyrolyzed starch granules are softened, the hydroxyl groups are further activated, and the reaction is promoted. The heating temperature at this time is in the range from 100 ° C. to 200 ° C., for example, 150 ° C., as in the first embodiment. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 3 is shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the third embodiment, polyisocyanate crosslinks between active hydroxyl groups of tufted subunits (by physical modification) in starch granules or starch structures (pyrolyzed starch granules). Become. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例3
実施例3は、実施の形態3に対応する実施例である。実施例3では、主剤としてのコーン澱粉を、180℃に加熱した長さ1.8m直径0.2mのロータリーキルン(KSマテリアル製)に投入し、同ロータリーキルン中を回転数1〜20rpmの回転数及び排出速度毎分30cmの速さで送り、熱分解して熱分解澱粉を調製した。また、調製した主剤としての熱分解澱粉50重量部に対し、硬化剤としてTDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したものを50重量部加えて混合し、150℃で加熱した。これにより、熱分解澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(1)で表される。
Example 3
Example 3 is an example corresponding to the third embodiment. In Example 3, corn starch as the main agent was charged into a rotary kiln (made by KS Material) having a length of 1.8 m and a diameter of 0.2 m heated to 180 ° C., and the rotational speed of the rotary kiln was 1 to 20 rpm. A discharge rate of 30 cm / min was sent and pyrolyzed to prepare pyrolyzed starch. In addition, 50 parts by weight of a mixture of TDI and MDI as a curing agent in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) was added to 50 parts by weight of the pyrolyzed starch as the main ingredient, and mixed at 150 ° C. And heated. Thereby, the molecule | numerator of the pyrolysis starch was bridge | crosslinked by the polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (1).
実施の形態4
実施の形態4に係る固液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態4に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態1において、主剤としての澱粉として、実施の形態2及び3と同様、物理的変性澱粉を使用したものである。具体的には、主剤としてはアモルファス澱粉が使用される。このアモルファス澱粉は、天然澱粉をボールミル等により衝撃粉砕して結晶構造(二重螺旋構造等)を破壊することにより、その水酸基を活性化して澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたものであり、例えば、かかるアモルファス澱粉としてボールミル処理澱粉等を好適に使用することができる。このように、衝撃粉砕により天然澱粉の結晶構造を破壊することにより、主として澱粉粒子中の隣り合うαグルコースのC2位とC3位の水酸基間の水素結合が弱まり、水酸基が活性化したアモルファス澱粉が生成される。実施の形態3に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、かかるアモルファス澱粉を主剤とし、実施の形態1と同様のポリイソシアネートを硬化剤として混合することにより硬化する。例えば、澱粉としてのコーン澱粉を乾式ボールミルに投入して所定径のアルミナボールを所定量投入し、乾式ボールミルを所定回転数で所定時間運転し、コーン澱粉を衝撃粉砕してアモルファス澱粉を調製する。このとき、アルミナボールの径を10〜100mmの範囲とすると共にその投入量を1t〜3tの範囲とし、更に、乾式ボールミルの回転数を30〜100rpmの範囲とすると共に運転時間を4〜8時間の範囲とすることが好ましい。そして、このアモルファス澱粉の所定重量部に対し、ポリイソシアネートとしてTDI及びMDIを1対1の割合で混合した混合物を前記アモルファス澱粉と同一重量部だけ加えて混合する。すると、実施の形態1と同様にして、アモルファス澱粉粒表面の複数の活性水酸基とポリイソシアネートとがウレタン結合し、三次元網目構造を形成して硬化する。このとき、アモルファス澱粉粒は、通常の天然澱粉粒に較べて活性水酸基数が多く、また、その粒子が10μm以下となるため分散性も良いため、反応性が非常に高い。また、この状態から更に加熱することで、実施の形態1と同様、アモルファス澱粉粒が軟化して、水酸基が更に活性化されて反応が促進される。このときの加熱温度は実施の形態1と同様、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば150℃とすることができる。なお、実施の形態4に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図5に示す。図5に示すように、実施の形態4では、アモルファス澱粉粒(非結晶)の一般構造(固体)を示すに(多数本の小房状のサブユニットからなる)放射房状のユニットの活性水酸基間を、ポリイソシアネート(液体)が架橋することになる。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 4
A solid-liquid curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 4 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 4 is obtained by using physically modified starch in the same manner as in Embodiments 2 and 3 as the starch as the main agent in Embodiment 1. Specifically, amorphous starch is used as the main agent. This amorphous starch is produced by impact pulverizing natural starch with a ball mill or the like to destroy the crystal structure (double helix structure, etc.), thereby activating the hydroxyl groups and determining the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules. For example, ball mill-treated starch can be suitably used as the amorphous starch. Thus, by destroying the crystal structure of natural starch by impact pulverization, mainly the hydrogen bonds between the hydroxyl groups at the C2 and C3 positions of adjacent α-glucose in the starch particles are weakened, and the amorphous starch in which the hydroxyl groups are activated is obtained. Generated. The curable plastic binder composition according to Embodiment 3 is cured by mixing the amorphous starch as a main agent and the same polyisocyanate as in Embodiment 1 as a curing agent. For example, corn starch as starch is charged into a dry ball mill, a predetermined amount of alumina balls having a predetermined diameter is charged, the dry ball mill is operated at a predetermined rotation speed for a predetermined time, and corn starch is impact pulverized to prepare amorphous starch. At this time, the diameter of the alumina ball is set in the range of 10 to 100 mm, the input amount is set in the range of 1 to 3 t, the rotational speed of the dry ball mill is set in the range of 30 to 100 rpm, and the operation time is 4 to 8 hours. It is preferable to set it as the range. And with respect to the predetermined weight part of this amorphous starch, only the same weight part as the said amorphous starch is added and mixed the mixture which mixed TDI and MDI as a polyisocyanate in the ratio of 1: 1. Then, in the same manner as in the first embodiment, the plurality of active hydroxyl groups on the surface of the amorphous starch granules and the polyisocyanate are urethane-bonded to form a three-dimensional network structure and harden. At this time, the amorphous starch granules have a higher number of active hydroxyl groups than ordinary natural starch granules, and the particles are 10 μm or less, so that the dispersibility is good and the reactivity is very high. Further, by further heating from this state, the amorphous starch granules are softened and the hydroxyl groups are further activated and the reaction is promoted as in the first embodiment. The heating temperature at this time is in the range from 100 ° C. to 200 ° C., for example 150 ° C., as in the first embodiment. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 4 is shown in FIG. As shown in FIG. 5, in the fourth embodiment, the active hydroxyl group of a radial tuft-like unit (consisting of a number of tuft-like subunits) is shown to show the general structure (solid) of amorphous starch granules (non-crystal). The polyisocyanate (liquid) is crosslinked in the space. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例4
実施例4は、実施の形態4に対応する実施例である。実施例4では、乾式ボールミル(東海クレー工業製1.2t)に主剤としてのコーン澱粉を投入すると共にアルミナボール(径10〜100mm)を1t〜3tの範囲の量で投入し、同乾式ボールミルを30〜100rpmの回転数で4〜8時間運転し、コーン澱粉を衝撃粉砕してアモルファス澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアモルファス澱粉50重量部に対し、硬化剤としてTDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したものを50重量部加えて混合し、150℃で加熱した。これにより、アモルファス澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(1)で表される。
Example 4
Example 4 is an example corresponding to the fourth embodiment. In Example 4, corn starch as a main ingredient was introduced into a dry ball mill (1.2 ton made by Tokai clay industry) and alumina balls (diameter 10 to 100 mm) were introduced in an amount ranging from 1 t to 3 t. Operation was carried out at a rotational speed of 30 to 100 rpm for 4 to 8 hours, and corn starch was impact pulverized to prepare amorphous starch. Further, 50 parts by weight of a mixture of TDI and MDI in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) as a curing agent was added to and mixed with 50 parts by weight of amorphous starch as a main ingredient, and the mixture was mixed at 150 ° C. Heated. As a result, the molecules of amorphous starch were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (1).
実施の形態2〜4で述べたように、主剤である活性化澱粉として、アルファー澱粉、熱分解澱粉、アモルファス澱粉等、物理的変性澱粉を使用すると、その調製作業が簡単となる一方で、澱粉の構造を物理的に変性、即ち、澱粉分子の螺旋構造を破壊したり弱めたりして、澱粉分子の分子内及び/または分子間の水素結合を開放(破壊)したり弱めたりすることにより、結果として、澱粉粒表面の活性水酸基数を増加し、全水酸基数の1/2以上の割合とすることができる。そして、このように澱粉粒表面の活性水酸基数を増加した活性化澱粉(物理的変性澱粉)は、ポリイソシアネートとの反応性が高まり、ポリイソシアネートにより効果的に架橋されて、迅速に、かつ、安定して所期の硬化物を生成することができる。このとき、上記のように、澱粉とポリイソシアネートとを混合して加熱することが早期硬化の点からは好ましいが、上記のように活性化澱粉の反応性が十分に高められているため、加熱しなくても常温で硬化反応は円滑に進行し、安定して硬化物を生成することができる。ここで、実施の形態2〜4では、物理変性した澱粉間を架橋するために、所定サイズのポリイソシアネートを使用することが好ましい。例えば、各種ポリイソシアネートは、その一般式(化学構造式)で表される構造に対応するサイズを有するが、主剤として使用する澱粉の活性水酸基間の間隔に対応するサイズのポリイソシアネートを選択的に使用することで、架橋効率を飛躍的に向上することができる。 As described in Embodiments 2 to 4, when physically modified starch such as alpha starch, pyrolyzed starch, amorphous starch or the like is used as the activated starch as the main agent, the preparation work is simplified, while starch is used. By physically modifying, i.e., breaking or weakening the helical structure of the starch molecule to open (break) or weaken the hydrogen bonds within and / or between the molecules of the starch molecule, As a result, the number of active hydroxyl groups on the surface of the starch granules can be increased to a ratio of 1/2 or more of the total number of hydroxyl groups. And the activated starch (physically modified starch) having increased the number of active hydroxyl groups on the surface of the starch granules in this way is highly reactive with the polyisocyanate, and is effectively cross-linked by the polyisocyanate, quickly, and The desired cured product can be produced stably. At this time, as described above, it is preferable from the viewpoint of early curing that the starch and polyisocyanate are mixed and heated, but since the reactivity of the activated starch is sufficiently enhanced as described above, Even if not, the curing reaction proceeds smoothly at room temperature, and a cured product can be generated stably. Here, in Embodiments 2 to 4, it is preferable to use a polyisocyanate having a predetermined size in order to crosslink between physically modified starches. For example, various polyisocyanates have a size corresponding to the structure represented by the general formula (chemical structural formula), but selectively select a polyisocyanate having a size corresponding to the interval between active hydroxyl groups of starch used as the main agent. By using it, the crosslinking efficiency can be dramatically improved.
具体的には、前記ポリイソシアネートとしては、ボールミル処理等の水酸基活性化により物理変性を受けた前記澱粉を使用する場合、当該物理変性澱粉(繊維周期:2.8〜5.6Å(アミロースの一重螺旋間)、8〜10.4Å(アミロースの一重螺旋中心間)、1.4〜2.8Å(アミロペクチンの二重螺旋間)、2.8〜5.6Å(アミロペクチンの二重螺旋中心間))の分子内または分子間活性水酸基間距離に対応するサイズを有するポリイソシアネートを使用することが好ましい。より具体的には、ポリイソシアネートのサイズは、分子振動等により一定ではないが、この場合のポリイソシアネートのサイズは、10〜60Åの範囲とすることが好ましい。ここで、変性澱粉の場合、その分子間距離は天然澱粉等の未変性澱粉に比較してより大きくなるため、変性澱粉用のポリイソシアネートのサイズとしては、上記範囲のうちの大きい側(例えば、30〜60Å)の範囲とすることが好ましく、天然澱粉等の未変性澱粉の場合、上記範囲のうちの小さい側(例えば、10〜30Å)の範囲とすることが好ましい。こうすると、ポリイソシアネートにより、澱粉構造体のサブユニット間または変性澱粉のアミロースまたはアミロペクチンのユニット間を主として架橋することができる。 Specifically, as the polyisocyanate, when the starch subjected to physical modification by hydroxyl group activation such as ball mill treatment is used, the physical modified starch (fiber period: 2.8 to 5.6 mm (single amylose) Between helixes), 8 to 10.4 mm (between the single helix centers of amylose), 1.4 to 2.8 mm (between the double helixes of amylopectin), 2.8 to 5.6 mm (between the double helix centers of amylopectin) It is preferable to use a polyisocyanate having a size corresponding to the distance between the intramolecular or intermolecular active hydroxyl groups. More specifically, the size of the polyisocyanate is not constant due to molecular vibration or the like, but the size of the polyisocyanate in this case is preferably in the range of 10 to 60 mm. Here, in the case of modified starch, since the intermolecular distance is larger than that of unmodified starch such as natural starch, the size of the polyisocyanate for modified starch is larger in the above range (for example, The range is preferably 30 to 60 cm, and in the case of an unmodified starch such as natural starch, the range on the smaller side (for example, 10 to 30 cm) of the above range is preferable. Thus, the polyisocyanate can mainly crosslink between the subunits of the starch structure or between the amylose or amylopectin units of the modified starch.
実施の形態5
実施の形態5に係る固液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態5に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態1において、主剤としての澱粉として、化工澱粉、特に、化学的化工澱粉を使用したものである。具体的には、主剤としては、エステル化澱粉が使用される。このエステル化澱粉は、天然澱粉の水酸基をエステル化処理することによりその水酸基を活性化して、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を40%以上とした化学的変性澱粉乃至澱粉誘導体である。かかるエステル化(R'CO−)澱粉としては、例えば、酢酸エステル化(CH3CO−)した酢酸澱粉エステル、リン酸エステル化((NaO)2PO−)したリン酸澱粉、澱粉コハク酸エステル等の澱粉有機酸エステル、硫酸エステル化(NaSO3−)した澱粉硫酸エステル、澱粉硝酸エステル等の澱粉無機酸エステル等々を使用することができる。このように、天然澱粉の水酸基をエステル化処理することにより、澱粉粒表面の活性水酸基数を増加すると共に官能基としてのカルボン酸基を有するエステル化澱粉が生成される。実施の形態5に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、かかるエステル化澱粉を主剤とし、実施の形態1と同様のポリイソシアネートを硬化剤として混合することにより硬化する。例えば、澱粉としてのタピオカ澱粉の所定重量部に対し、無水酢酸の所定重量部を加えて所定温度で所定時間加熱し、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化して洗浄乾燥することにより、アセチルタピオカ澱粉を調製する。そして、このエステル化澱粉の所定重量部に対し、ポリイソシアネートとしてTDI及びMDIを1対1の割合で混合した混合物を前記エステル化澱粉と同一重量部だけ加えて混合する。すると、実施の形態1と同様にして、エステル化澱粉粒表面の複数の活性水酸基とポリイソシアネートとがウレタン結合し、三次元網目構造を形成して硬化する。このとき、エステル化澱粉粒は、通常の天然澱粉粒に較べて活性水酸基数が多く反応性が高い。また、この状態から更に加熱することで、実施の形態1と同様、エステル化澱粉粒が軟化して、水酸基が更に活性化されて反応が促進される。このときの加熱温度は実施の形態1と同様、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば150℃とすることができる。なお、実施の形態5に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図6に示す。図6に示すように、実施の形態5では、エステル化澱粉粒(結晶)の一般構造(固体)を示す(多数本の小房状のサブユニットからなる)放射房状のユニットの活性水酸基間を、ポリイソシアネート(液体)が架橋することになる。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 5
A solid-liquid curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 5 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 5 uses a modified starch, particularly a chemically modified starch, as the starch as the main agent in Embodiment 1. Specifically, esterified starch is used as the main agent. This esterified starch is a chemically modified starch or starch derivative in which the hydroxyl group of natural starch is activated by esterification to activate the hydroxyl group, and the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the starch granule surface is 40% or more. It is. Examples of such esterified (R′CO—) starch include acetic acid esterified (CH 3 CO—) acetic acid starch ester, phosphoric acid esterified ((NaO) 2 PO—) phosphoric acid starch, and starch succinate. Starch organic acid esters such as starch, sulfate sulfate (NaSO 3- ) starch sulfate, starch inorganic acid esters such as starch nitrate, and the like can be used. Thus, by esterifying the hydroxyl group of natural starch, the number of active hydroxyl groups on the surface of the starch granules is increased and esterified starch having a carboxylic acid group as a functional group is produced. The curable plastic binder composition according to Embodiment 5 is cured by mixing the esterified starch as a main agent and the same polyisocyanate as in Embodiment 1 as a curing agent. For example, acetyl tapioca starch is prepared by adding a predetermined part by weight of acetic anhydride to a predetermined part by weight of tapioca starch as starch, heating at a predetermined temperature for a predetermined time, esterifying the hydroxyl group of tapioca starch, washing and drying. To do. And with respect to the predetermined weight part of this esterified starch, only the same weight part as the said esterified starch is added and mixed with the mixture which mixed TDI and MDI as a polyisocyanate in the ratio of 1: 1. Then, in the same manner as in the first embodiment, the plurality of active hydroxyl groups on the esterified starch particle surface and the polyisocyanate are urethane-bonded to form a three-dimensional network structure and harden. At this time, esterified starch granules have a higher number of active hydroxyl groups and higher reactivity than ordinary natural starch granules. Further, by further heating from this state, as in the first embodiment, the esterified starch granules are softened, the hydroxyl groups are further activated, and the reaction is promoted. The heating temperature at this time is in the range from 100 ° C. to 200 ° C., for example 150 ° C., as in the first embodiment. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 5 is shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the fifth embodiment, between the active hydroxyl groups of radial tufted units (consisting of a number of tufted subunits) showing the general structure (solid) of esterified starch granules (crystals) The polyisocyanate (liquid) is crosslinked. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例5
実施例5は、実施の形態5に対応する実施例である。実施例5では、主剤としてのタピオカ澱粉10重量部に対し、無水酢酸50重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアセチルタピオカ澱粉50重量部に対し、硬化剤としてTDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したものを50重量部加えて混合し、150℃で加熱した。これにより、アセチルタピオカ澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(1)で表される。
Example 5
Example 5 is an example corresponding to the fifth embodiment. In Example 5, 50 parts by weight of acetic anhydride is added to 10 parts by weight of tapioca starch as the main agent and heated at a heating temperature of 100 ° C. for 12 hours, thereby esterifying the hydroxyl group of tapioca starch, and then washing and drying. Acetyl tapioca starch was prepared. In addition, 50 parts by weight of a mixture of TDI and MDI in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) as a curing agent was added to 50 parts by weight of acetyl tapioca starch as the main ingredient, and the mixture was mixed at 150 ° C. And heated. Thereby, the molecule | numerator of acetyl tapioca starch was bridge | crosslinked by polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (1).
実施の形態6
実施の形態6に係る固液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態6に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態1において、主剤としての澱粉として、上記実施の形態5のエステル化澱粉(化学的変性澱粉)を実施の形態2のアルファー澱粉(物理的変性澱粉)と同様の方法で更に物理的に変性した活性化澱粉としてのアルファーエステル化澱粉を使用したものである。具体的には、このアルファーエステル化澱粉は、天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化することによりその水酸基を活性化したものであり、これにより、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたものである。無論、実施の形態6で使用するアルファーエステル化澱粉は、活性化澱粉を更に活性化したもの(二重に活性化したもの)であるため、実施の形態2のアルファー澱粉及び実施の形態5のエステル化澱粉と比較して、更に活性水酸基の割合を高めることができ、硬化反応性を更に向上することができる。このように、実施の形態5のようにして天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を、更に、実施の形態2のようにしてアルファー澱粉化することにより、主として澱粉のα1,6グリコシド結合が切断されてエステル化澱粉分子が低分子化し、これら低分子化したエステル化澱粉分子が再結合することで、澱粉粒表面の活性水酸基数を更に増加したアルファーエステル化澱粉が生成される。
Embodiment 6
A solid-liquid curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 6 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 6 is the same as that of Embodiment 1 except that the esterified starch (chemically modified starch) of Embodiment 5 is used as the starch as the main agent. Alpha-esterified starch as an activated starch further physically modified in the same manner as in the case of physically modified starch) is used. Specifically, this alpha-esterified starch is obtained by hydrolyzing esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of natural starch to gel, and then rapidly heat-drying to activate the hydroxyl group. Thus, the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules is set to 1/2 or more. Of course, since the alpha-esterified starch used in Embodiment 6 is a product obtained by further activating the activated starch (double activated product), the alpha starch of Embodiment 2 and that of Embodiment 5 are used. Compared with esterified starch, the proportion of active hydroxyl groups can be further increased, and the curing reactivity can be further improved. As described above, the esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of natural starch as in the fifth embodiment is further converted into an alpha starch as in the second embodiment, whereby α1,6 glycosides of starch are mainly used. The bond is cut to lower the esterified starch molecules, and the esterified starch molecules having a reduced molecular weight are recombined to produce an alpha-esterified starch in which the number of active hydroxyl groups on the surface of the starch granules is further increased.
実施の形態6に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、かかるアルファーエステル化澱粉を主剤とし、実施の形態1と同様のポリイソシアネートを硬化剤として混合することにより硬化する。例えば、澱粉としてのタピオカ澱粉の所定重量部に対し、無水酢酸の所定重量部を加えて所定温度で所定時間加熱し、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化して洗浄乾燥することにより、アセチルタピオカ澱粉を調製する。次に、アセチルタピオカ澱粉の所定重量部に対し、水を所定重量部加えて混合攪拌したものを、所定温度に加熱したツインドラムドライヤー上に滴下して速やかにゲル化及び熱乾燥し、所定粒径未満に粉砕してアルファー澱粉を調製する。このときの加熱温度等の条件は、実施の形態2及び5と同様とすることができる。なお、このときの水に対するアセチルタピオカ澱粉の配合比は、実施の形態2の場合より1オーダー(1桁)程度以上少なくする。そして、このアルファーエステル化澱粉の所定重量部に対し、ポリイソシアネートとしてTDI及びMDIを1対1の割合で混合した混合物を前記アルファーエステル化澱粉と同一重量部だけ加えて混合する。すると、実施の形態1と同様にして、アルファーエステル化澱粉粒表面の複数の活性水酸基とポリイソシアネートとがウレタン結合し、三次元網目構造を形成して硬化する。このとき、アルファーエステル化澱粉粒は、通常の天然澱粉粒に較べて活性水酸基数が一層多く反応性が一層高くなっている。また、この状態から更に加熱することで、実施の形態1と同様、アルファーエステル化澱粉粒が軟化して、水酸基が更に活性化されて反応が促進される。このときの加熱温度等の条件も、実施の形態1と同様とすることができる。なお、実施の形態6に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図7に示す。図7に示すように、実施の形態6では、澱粉粒乃至澱粉構造体(アルファーエステル化澱粉粒)における(化学変性及び物理変性による)小房状のサブユニットの活性水酸基間を、ポリイソシアネートが架橋することになる。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。 The curable plastic binder composition according to Embodiment 6 is cured by mixing such an alpha-esterified starch as a main agent and the same polyisocyanate as in Embodiment 1 as a curing agent. For example, acetyl tapioca starch is prepared by adding a predetermined part by weight of acetic anhydride to a predetermined part by weight of tapioca starch as starch, heating at a predetermined temperature for a predetermined time, esterifying the hydroxyl group of tapioca starch, washing and drying. To do. Next, with respect to a predetermined part by weight of the acetyl tapioca starch, a predetermined part by weight of water added and mixed and stirred is dripped onto a twin drum dryer heated to a predetermined temperature, and rapidly gelled and thermally dried. Grind to less than diameter to prepare alpha starch. Conditions such as the heating temperature at this time can be the same as those in the second and fifth embodiments. In addition, the blending ratio of acetyl tapioca starch to water at this time is about 1 order (one digit) or less less than that in the second embodiment. Then, with respect to a predetermined part by weight of the alpha esterified starch, a mixture obtained by mixing TDI and MDI as a polyisocyanate at a ratio of 1: 1 is added in the same amount by weight as the alpha esterified starch and mixed. Then, in the same manner as in Embodiment 1, a plurality of active hydroxyl groups on the surface of the alpha-esterified starch granules and the polyisocyanate are urethane-bonded to form a three-dimensional network structure and harden. At this time, the alpha esterified starch granules have a higher number of active hydroxyl groups and higher reactivity than ordinary natural starch granules. Further, by further heating from this state, the alpha-esterified starch granules are softened as in Embodiment 1, and the hydroxyl groups are further activated to promote the reaction. Conditions such as the heating temperature at this time can be the same as those in the first embodiment. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 6 is shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the sixth embodiment, the polyisocyanate is present between the active hydroxyl groups of the tuft-like subunits (by chemical modification and physical modification) in starch granules or starch structures (alpha-esterified starch granules). Will be cross-linked. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例6
実施例6は、実施の形態6に対応する実施例である。実施例6では、主剤としてのタピオカ澱粉90重量部に対し、無水酢酸50重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、調製したアセチルタピオカ澱粉5重量部に対して水100重量部を加えて混合攪拌したものを、150℃に加熱したツインドラムドライヤー上に滴下して速やかにゲル化及び熱乾燥した後、250μm未満の粒径となるよう粉砕して、アルファーエステル化澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアルファーエステル化澱粉50重量部に対し、硬化剤としてTDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したものを50重量部加えて混合し、150℃で加熱した。これにより、アルファーエステル化澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(1)で表される。
Example 6
Example 6 is an example corresponding to the sixth embodiment. In Example 6, 50 parts by weight of acetic anhydride is added to 90 parts by weight of tapioca starch as the main agent and heated for 12 hours at a heating temperature of 100 ° C., thereby esterifying the hydroxyl group of tapioca starch and then washing and drying. Acetyl tapioca starch was prepared. In addition, after adding 100 parts by weight of water to 5 parts by weight of the prepared acetyl tapioca starch and mixing and stirring, the mixture was dropped on a twin drum dryer heated to 150 ° C. and rapidly gelled and thermally dried, then 250 μm. An alpha-esterified starch was prepared by grinding to a particle size of less than. In addition, 50 parts by weight of a mixture of TDI and MDI in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) as a curing agent was added to 50 parts by weight of the alpha-esterified starch as the main ingredient, and the mixture was added. Heated at ° C. As a result, the molecules of the alpha-esterified starch were crosslinked with the polyisocyanate to form a urethane bond, and the curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (1).
実施の形態7
実施の形態7に係る固液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態7に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態1において、主剤としての澱粉として、上記実施の形態5のエステル化澱粉(化学的変性澱粉)を実施の形態3の熱分解澱粉(物理的変性澱粉)と同様の方法で更に物理的に変性した活性化澱粉としての熱分解エステル化澱粉を使用したものである。具体的には、この熱分解エステル化澱粉は、天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化したものであり、これにより澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたものである。無論、実施の形態7で使用する熱分解エステル化澱粉は、実施の形態6と同様、活性化澱粉を更に活性化したものであるため、実施の形態3の熱分解澱粉及び実施の形態5のエステル化澱粉と比較して、更に活性水酸基の割合を高めることができ、硬化反応性を更に向上することができる。このように、実施の形態5のようにして天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を、更に、実施の形態3のようにして熱分解澱粉化することにより、主として澱粉のα1,4グリコシド結合及びα1,6グリコシド結合がランダムに切断されてエステル化澱粉分子の分子量が低下することで、澱粉粒表面の活性水酸基数を更に増加した熱分解エステル化澱粉が生成される。
Embodiment 7
The solid-liquid curable plastic binder composition and the cured product thereof according to Embodiment 7 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 7 is the same as that of Embodiment 1 except that the esterified starch (chemically modified starch) of Embodiment 5 is used as the main starch. Thermally-degraded esterified starch as an activated starch further physically modified by the same method as (physically modified starch) is used. Specifically, this pyrolyzed esterified starch is obtained by activating the hydroxyl groups by thermally decomposing esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl groups of natural starch, and thereby the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules. The ratio of the number of active hydroxyl groups in is set to 1/2 or more. Of course, the pyrolyzed esterified starch used in the seventh embodiment is obtained by further activating the activated starch as in the sixth embodiment. Therefore, the pyrolyzed starch of the third embodiment and the pyrolyzed starch of the fifth embodiment are used. Compared with esterified starch, the proportion of active hydroxyl groups can be further increased, and the curing reactivity can be further improved. Thus, the esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of natural starch as in Embodiment 5 is further pyrolyzed as in Embodiment 3 to mainly produce α1,4 of starch. The glycoside bond and the α1,6 glycoside bond are randomly cleaved to reduce the molecular weight of the esterified starch molecule, thereby generating pyrolyzed esterified starch having a further increased number of active hydroxyl groups on the surface of the starch granules.
実施の形態7に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、かかる熱分解エステル化澱粉を主剤とし、実施の形態1と同様のポリイソシアネートを硬化剤として混合することにより硬化する。例えば、澱粉としてのタピオカ澱粉の所定重量部に対し、無水酢酸の所定重量部を加えて所定温度で所定時間加熱し、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化して洗浄乾燥することにより、アセチルタピオカ澱粉を調製する。このときの無水酢酸に対するタピオカ澱粉の配合比は、実施の形態5の場合より1オーダー(1桁)程度以上少なくする。次に、アセチルタピオカ澱粉を、所定温度に加熱した所定サイズのロータリーキルン中に投入し、同ロータリーキルン中を所定回転数の下で所定の排出速度で送り、熱分解することにより熱分解エステル化澱粉を調製する。このときの加熱温度は、実施の形態3と同様とすることができる。一方、このときのロータリーキルンの送り速度(排出速度)は、毎分10cm以上30cm以下の範囲とし、特に毎分20cmとすることが好ましい。そして、この熱分解エステル化澱粉の所定重量部に対し、ポリイソシアネートとしてTDI及びMDIを1対1の割合で混合した混合物を前記熱分解エステル化澱粉と同一重量部だけ加えて混合する。すると、実施の形態1と同様にして、熱分解エステル化澱粉粒表面の複数の活性水酸基とポリイソシアネートとがウレタン結合し、三次元網目構造を形成して硬化する。このとき、熱分解エステル化澱粉粒は、通常の天然澱粉粒に較べて活性水酸基数が一層多く反応性が一層高くなっている。また、この状態から更に加熱することで、実施の形態1と同様、熱分解エステル化澱粉粒が軟化して、水酸基が更に活性化されて反応が促進される。このときの加熱温度等の条件も、実施の形態1と同様とすることができる。なお、実施の形態7に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図8に示す。図8に示すように、実施の形態7では、澱粉粒乃至澱粉構造体(熱分解エステル化澱粉粒)における(化学変性及び物理変性による)小房状のサブユニットの活性水酸基間を、ポリイソシアネートが架橋することになる。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。 The curable plastic binder composition according to Embodiment 7 is cured by mixing the pyrolyzed esterified starch as a main agent and the same polyisocyanate as in Embodiment 1 as a curing agent. For example, acetyl tapioca starch is prepared by adding a predetermined part by weight of acetic anhydride to a predetermined part by weight of tapioca starch as starch, heating at a predetermined temperature for a predetermined time, esterifying the hydroxyl group of tapioca starch, washing and drying. To do. At this time, the mixing ratio of tapioca starch to acetic anhydride is reduced by about one order (one digit) or more than in the case of the fifth embodiment. Next, acetyl tapioca starch is charged into a rotary kiln of a predetermined size heated to a predetermined temperature, and the pyrolyzed esterified starch is fed through the rotary kiln at a predetermined discharge rate at a predetermined discharge speed and thermally decomposed. Prepare. The heating temperature at this time can be the same as in the third embodiment. On the other hand, the feed rate (discharge speed) of the rotary kiln at this time is preferably in the range of 10 cm to 30 cm per minute, and particularly preferably 20 cm per minute. And with respect to the predetermined weight part of this pyrolyzed esterified starch, only the same weight part as the said pyrolyzed esterified starch is added and mixed with the mixture which mixed TDI and MDI as a polyisocyanate in the ratio of 1: 1. Then, in the same manner as in the first embodiment, the plurality of active hydroxyl groups on the surface of the pyrolyzed esterified starch granules and the polyisocyanate are urethane-bonded to form a three-dimensional network structure and harden. At this time, the pyrolyzed esterified starch granules have a higher number of active hydroxyl groups and higher reactivity than ordinary natural starch granules. Further, by further heating from this state, the pyrolyzed esterified starch granules are softened as in the first embodiment, and the hydroxyl groups are further activated to promote the reaction. Conditions such as the heating temperature at this time can be the same as those in the first embodiment. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 7 is shown in FIG. As shown in FIG. 8, in the seventh embodiment, the active hydroxyl groups of the tuft-like subunits (due to chemical modification and physical modification) in the starch granules or starch structure (pyrolyzed esterified starch granules) are replaced with polyisocyanate. Will be cross-linked. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例7
実施例7は、実施の形態7に対応する実施例である。実施例7では、主剤としてのタピオカ澱粉1重量部に対し、無水酢酸20重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、調製したアセチルタピオカ澱粉を、180℃に加熱した長さ1m直径30cmのロータリーキルン(クドウエンジニアリング製)に投入し、同ロータリーキルン中を排出速度毎分20cmの速さで送り、熱分解して熱分解エステル化澱粉を調製した。また、調製した主剤としての熱分解エステル化澱粉50重量部に対し、硬化剤としてTDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したものを50重量部加えて混合し、150℃で加熱した。これにより、熱分解エステル化澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(1)で表される。
Example 7
Example 7 is an example corresponding to the seventh embodiment. In Example 7, 20 parts by weight of acetic anhydride is added to 1 part by weight of tapioca starch as the main agent and heated at a heating temperature of 100 ° C. for 12 hours, thereby esterifying the hydroxyl group of tapioca starch, and then washing and drying. Acetyl tapioca starch was prepared. Moreover, the prepared acetyl tapioca starch is put into a rotary kiln (manufactured by Kudo Engineering) having a length of 1 m and a diameter of 30 cm heated to 180 ° C., and the inside of the rotary kiln is fed at a discharge speed of 20 cm per minute, and is thermally decomposed to heat Degraded esterified starch was prepared. Further, 50 parts by weight of a mixture of TDI and MDI in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) as a curing agent was added to 50 parts by weight of the pyrolyzed esterified starch as the main agent prepared, and mixed. Heated at 150 ° C. As a result, the molecules of the pyrolyzed esterified starch were cross-linked with the polyisocyanate to form a urethane bond, and the curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (1).
実施の形態8
実施の形態8に係る固液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態8に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態1において、主剤としての澱粉として、上記実施の形態5のエステル化澱粉(化学的変性澱粉)を実施の形態4のアモルファス澱粉(物理的変性澱粉)と同様の方法で更に物理的に変性した活性化澱粉としてのアモルファスエステル化澱粉を使用したものである。具体的には、このアモルファスエステル化澱粉は、天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化したものであり、これにより澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたものである。無論、実施の形態8で使用するアモルファスエステル化澱粉は、実施の形態6及び7と同様、活性化澱粉を更に活性化したものであるため、実施の形態4の熱分解澱粉及び実施の形態5のエステル化澱粉と比較して、更に活性水酸基の割合を高めることができ、硬化反応性を更に向上することができる。このように、実施の形態5のようにして天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を、更に、実施の形態4のようにしてアモルファス澱粉化することにより、主として澱粉粒子中の隣り合うαグルコースのC2位とC3位の水酸基間の水素結合が弱まり、水酸基が更に活性化したアモルファスエステル化澱粉が生成される。
Embodiment 8
A solid-liquid curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 8 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 8 is the same as that of Embodiment 1 except that the esterified starch (chemically modified starch) of Embodiment 5 is used as the starch as the main agent. Amorphous esterified starch as an activated starch that has been further physically modified in the same manner as (physically modified starch) is used. Specifically, this amorphous esterified starch is obtained by activating the hydroxyl groups by impact grinding the esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl groups of natural starch and destroying the crystal structure. The ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface is ½ or more. Of course, since the amorphous esterified starch used in the eighth embodiment is obtained by further activating the activated starch as in the sixth and seventh embodiments, the pyrolyzed starch of the fourth embodiment and the fifth embodiment are used. Compared with the esterified starch, the ratio of active hydroxyl groups can be further increased, and the curing reactivity can be further improved. As described above, the esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of natural starch as in the fifth embodiment is further converted into an amorphous starch as in the fourth embodiment, so that it is mainly adjacent to the starch particles. Hydrogen bonds between the C2-position and C3-position hydroxyl groups of α-glucose are weakened, and amorphous esterified starch in which the hydroxyl groups are further activated is generated.
実施の形態8に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、かかるアモルファスエステル化澱粉を主剤とし、実施の形態1と同様のポリイソシアネートを硬化剤として混合することにより硬化する。例えば、澱粉としてのタピオカ澱粉の所定重量部に対し、無水酢酸の所定重量部を加えて所定温度で所定時間加熱し、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化して洗浄乾燥することにより、アセチルタピオカ澱粉を調製する。このときの無水酢酸に対するタピオカ澱粉の配合比は、実施の形態5の場合より1オーダー(1桁)程度以上少なくする。次に、アセチルタピオカ澱粉を、乾式ボールミルに投入して所定径のアルミナボールを所定量投入し、乾式ボールミルを所定回転数で所定時間運転し、アセチルタピオカ澱粉を衝撃粉砕してアモルファスエステル化澱粉を調製する。このときの乾式ボールミルの回転速度や運転時間及びアルミナボールの径や投入量等の条件は、実施の形態4と同様とすることができる。そして、このアモルファスエステル化澱粉の所定重量部に対し、ポリイソシアネートとしてTDI及びMDIを1対1の割合で混合した混合物を前記アモルファスエステル化澱粉と同一重量部だけ加えて混合する。すると、実施の形態1と同様にして、アモルファスエステル化澱粉粒表面の複数の活性水酸基とポリイソシアネートとがウレタン結合し、三次元網目構造を形成して硬化する。このとき、アモルファスエステル化澱粉粒は、通常の天然澱粉粒に較べて活性水酸基数が一層多く、また、その粒子が10μm以下となるため分散性も良いため、反応性が非常に高い。また、この状態から更に加熱することで、実施の形態1と同様、アモルファスエステル化澱粉粒が軟化して、水酸基が更に活性化されて反応が促進される。このときの加熱温度等の条件も、実施の形態1と同様とすることができる。なお、実施の形態8に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図9に示す。図9に示すように、実施の形態8では、化学変性及び物理変性を受けたアモルファスエステル化澱粉粒(非結晶)の一般構造(固体)を示す(多数本の小房状のサブユニットからなる)放射房状のユニットの活性水酸基間を、ポリイソシアネート(液体)が架橋することになる。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。 The curable plastic binder composition according to the eighth embodiment is cured by mixing the amorphous esterified starch as a main agent and the same polyisocyanate as in the first embodiment as a curing agent. For example, acetyl tapioca starch is prepared by adding a predetermined part by weight of acetic anhydride to a predetermined part by weight of tapioca starch as starch, heating at a predetermined temperature for a predetermined time, esterifying the hydroxyl group of tapioca starch, washing and drying. To do. At this time, the mixing ratio of tapioca starch to acetic anhydride is reduced by about one order (one digit) or more than in the case of the fifth embodiment. Next, acetyl tapioca starch is charged into a dry ball mill, a predetermined amount of alumina balls of a predetermined diameter are charged, the dry ball mill is operated at a predetermined rotation speed for a predetermined time, and acetyl tapioca starch is impact pulverized to produce amorphous esterified starch. Prepare. Conditions such as the rotational speed and operating time of the dry ball mill and the diameter and input amount of the alumina ball can be the same as in the fourth embodiment. And with respect to the predetermined weight part of this amorphous esterified starch, only the same weight part as the said amorphous esterified starch is added and mixed with the mixture which mixed TDI and MDI as a polyisocyanate in the ratio of 1: 1. Then, in the same manner as in the first embodiment, a plurality of active hydroxyl groups on the surface of the amorphous esterified starch granules and the polyisocyanate are urethane-bonded to form a three-dimensional network structure and harden. At this time, the amorphous esterified starch granules have a higher number of active hydroxyl groups than ordinary natural starch granules, and the particles are 10 μm or less, so that the dispersibility is good and the reactivity is very high. Moreover, by further heating from this state, the amorphous esterified starch granules are softened as in Embodiment 1, and the hydroxyl groups are further activated to promote the reaction. Conditions such as the heating temperature at this time can be the same as those in the first embodiment. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 8 is shown in FIG. As shown in FIG. 9, Embodiment 8 shows a general structure (solid) of amorphous esterified starch granules (non-crystalline) that has undergone chemical and physical modification (consisting of a large number of small subunits). ) The polyisocyanate (liquid) is crosslinked between the active hydroxyl groups of the radial tuft-like units. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例8
実施例8は、実施の形態8に対応する実施例である。実施例8では、主剤としてのタピオカ澱粉1重量部に対し、無水酢酸20重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、乾式ボールミル(東海クレー工業製1.2t)に、調製したアセチルタピオカ澱粉を投入すると共にアルミナボール(径10〜100mm)を1t〜3tの範囲の量で投入し、同乾式ボールミルを30〜100rpmの回転数で4〜8時間運転し、アセチルタピオカ澱粉を衝撃粉砕してアモルファスエステル化澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアモルファスエステル化澱粉50重量部に対し、硬化剤としてTDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したものを50重量部加えて混合し、150℃で加熱した。これにより、アモルファスエステル化澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(1)で表される。
Example 8
Example 8 is an example corresponding to the eighth embodiment. In Example 8, 20 parts by weight of acetic anhydride is added to 1 part by weight of tapioca starch as the main ingredient and heated at a heating temperature of 100 ° C. for 12 hours, thereby esterifying the hydroxyl group of tapioca starch, followed by washing and drying. Acetyl tapioca starch was prepared. In addition, the prepared acetyl tapioca starch is charged into a dry ball mill (1.2 ton made by Tokai Clay Industry) and alumina balls (diameter 10 to 100 mm) are charged in an amount ranging from 1 t to 3 t. The acetyl tapioca starch was impact-pulverized by operating at 100 rpm for 4-8 hours to prepare amorphous esterified starch. In addition, 50 parts by weight of a mixture of TDI and MDI in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) as a curing agent was added to 50 parts by weight of the amorphous esterified starch as the main ingredient prepared, and then mixed. Heated at ° C. As a result, the molecules of the amorphous esterified starch were crosslinked with the polyisocyanate to form a urethane bond, and the curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (1).
ここで、アモルファスエステル化澱粉(アモルファスアセチルタピオカ澱粉)のX線回折ピークをX線回折ピーク測定装置(リガク製ミニフレックスII)により測定した。また、比較例として、アセチルタピオカ澱粉のX線回折ピークも同X線回折ピーク測定装置により測定した。それらの結果を図10及び図11に示す。更に、主剤にアモルファスアセチルタピオカ澱粉を使用した硬化性バイオプラスチックバインダーと、主剤にエステル化澱粉(アセチルタピオカ澱粉)を使用した硬化性バイオプラスチックバインダーとについて、常温硬化したときのウレタン結合の結合振動(反応率)をフーリエ変換赤外分光装置(日本分光製FT/IR−6100))により測定した。その結果を図12に示す。反応率は熱硬化したものを100%として求めた。図12に示すように、アセチルタピオカ澱粉のアモルファス化により、水酸基の活性が更に上がり、反応率が一層増大したことがわかる。 Here, the X-ray diffraction peak of the amorphous esterified starch (amorphous acetyl tapioca starch) was measured with an X-ray diffraction peak measuring device (Rigaku Miniflex II). As a comparative example, the X-ray diffraction peak of acetyl tapioca starch was also measured with the same X-ray diffraction peak measurement apparatus. The results are shown in FIGS. Furthermore, with regard to curable bioplastic binders using amorphous acetyl tapioca starch as the main ingredient and curable bioplastic binders using esterified starch (acetyl tapioca starch) as the main ingredient, the bond vibration of urethane bonds when cured at room temperature ( The reaction rate) was measured with a Fourier transform infrared spectrometer (FT / IR-6100 manufactured by JASCO Corporation)). The result is shown in FIG. The reaction rate was determined with 100% heat cured. As shown in FIG. 12, it can be seen that the activity of the hydroxyl group is further increased and the reaction rate is further increased by the amorphization of acetyl tapioca starch.
実施の形態9
実施の形態9に係る1液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態9に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、主剤としての澱粉と、硬化剤乃至架橋剤としてのブロックイソシアネートとを予め混合した1液型の常温または熱硬化性バイオプラスチックバインダー組成物である。本発明の澱粉としては、実施の形態1と同様、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上とした活性化澱粉を使用する。また、ブロックイソシアネートは、ポリイソシアネートを所定のブロック剤によりブロックした状態で、前記澱粉と混合分散されて安定化している。一方、かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、所定温度以上に加熱することにより、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートのイソシアネート基が活性化して前記澱粉の活性水酸基と結合し、アミロース及びアミロペクチンの分子内水酸基及び/または分子間水酸基間を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。即ち、硬化性プラスチックバインダー組成物を加熱することで、ブロックイソシアネートのブロック剤が外れてイソシアネート基が活性化され、澱粉粒表面の複数の活性水酸基がポリイソシアネートのイソシアネート基と(常温となっても)ウレタン結合することで、澱粉分子間がポリイソシアネートにより架橋され、3次元網目構造を形成して硬化する。この状態から更に加熱すると、澱粉粒が軟化してその表面の水酸基が更に活性化されることで上記ウレタン結合反応が一層促進され、最終的な硬化物としての硬化性樹脂成形物を迅速かつ効率的に生成する。なお、このときの加熱温度は、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば180℃以上とすることができる。なお、実施の形態9に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図13に示す。図13に示すように、実施の形態9では、澱粉粒(結晶)の一般構造(固定)を示す(多数本の小房状のサブユニットからなる)放射房状のユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 9
A one-component curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 9 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 9 is a one-pack type normal temperature or thermosetting bioplastic binder composition in which starch as a main agent and blocked isocyanate as a curing agent or a crosslinking agent are mixed in advance. . As the starch of the present invention, an activated starch having a ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules of 1/2 or more is used as in the first embodiment. The blocked isocyanate is stabilized by being mixed and dispersed with the starch in a state where the polyisocyanate is blocked with a predetermined blocking agent. On the other hand, when the one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or more, the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated and the isocyanate group is unblocked, and the isocyanate group of the polyisocyanate is activated. It binds to the active hydroxyl group of starch and crosslinks between intramolecular hydroxyl groups and / or intermolecular hydroxyl groups of amylose and amylopectin. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. That is, by heating the curable plastic binder composition, the blocking agent of the blocked isocyanate is removed and the isocyanate group is activated, and a plurality of active hydroxyl groups on the surface of the starch granules are combined with the isocyanate group of the polyisocyanate (even at room temperature). ) By urethane bonding, starch molecules are cross-linked by polyisocyanate to form a three-dimensional network structure and harden. Further heating from this state further softens the starch granules and further activates the hydroxyl groups on the surface, thereby further promoting the urethane bond reaction, and the curable resin molding as the final cured product can be quickly and efficiently produced. Generate automatically. In addition, the heating temperature at this time shall be the range of 100 to 200 degreeC, for example, can be 180 degreeC or more. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 9 is shown in FIG. As shown in FIG. 13, the ninth embodiment shows a general structure (fixed) of starch granules (crystals), a radial tufted unit (consisting of a number of tufted subunits) and a blocked isocyanate (liquid). Are mixed and dispersed, and the polyisocyanate crosslinks between active hydroxyl groups of the unit by removing the blocking agent. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例9
実施例9は、実施の形態9に対応する実施例である。実施例9では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、主剤としてのタピオカ澱粉50重量部に対し、硬化剤として前記ブロックイソシアネートの90重量部を加えて混合し、1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、タピオカ澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式は次式(2)で表される。
BL-OCHN-R-NHCO-BL ⇔ 2 BL + OCN-R-NCO
2 St-OH + OCN-R-NCO → St-O-OCHN-R-NHCO-O-St ・・・(2)
なお、式中「BL」はブロック剤を示す。ここで、ブロック剤(BL)としては、例えば、ε−カプロラクタム、メチルエチルケトオキシム、メチルイソアミルケトオキシム、メチルイソブチルケトオキシム等のケトオキシム系ブロック剤やオキシム系ブロック剤、フェノール、クレゾール、カテコール、ニトロフェノール等のフェノール系ブロック剤、イソプロパノール、トリメチロールプロパン等のアルコール系ブロック剤、マロン酸エステル、アセト酢酸エステル等の活性メチレン系ブロック剤、等々を好適に使用することができる。特に、ブロック剤としてオキシム系ブロック剤を使用すると、ブロックイソシアネート(液体)中への澱粉の均一分散を非常に円滑に行うことができる。一方、アルコール系ブロック剤を使用する場合、澱粉の均一分散性の点から、エタノール系のものはあまり好ましくなく、上記のようにメタノール系のものを使用することが好ましい。
Example 9
Example 9 is an example corresponding to the ninth embodiment. In Example 9, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, 90 parts by weight of the blocked isocyanate was added as a curing agent to 50 parts by weight of tapioca starch as the main agent, and mixed to prepare a one-component curable plastic binder composition. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. Thereby, the molecule | numerator of tapioca starch was bridge | crosslinked by the polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly. The reaction formula at this time is represented by the following formula (2).
BL-OCHN-R-NHCO-BL ⇔ 2 BL + OCN-R-NCO
2 St-OH + OCN-R-NCO → St-O-OCHN-R-NHCO-O-St (2)
In the formula, “BL” represents a blocking agent. Here, examples of the blocking agent (BL) include ketoxime blocking agents such as ε-caprolactam, methyl ethyl ketoxime, methyl isoamyl ketoxime, methyl isobutyl ketoxime, oxime blocking agents, phenol, cresol, catechol, nitrophenol and the like. Phenol-based blocking agents, alcohol-based blocking agents such as isopropanol and trimethylolpropane, active methylene-based blocking agents such as malonic acid esters and acetoacetic acid esters, and the like can be suitably used. In particular, when an oxime blocking agent is used as the blocking agent, uniform dispersion of starch in the blocked isocyanate (liquid) can be performed very smoothly. On the other hand, when an alcohol-based blocking agent is used, an ethanol-based one is not so preferable from the viewpoint of uniform dispersibility of starch, and a methanol-based one is preferably used as described above.
実施の形態10
実施の形態10に係る1液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態10に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態9において、主剤としての澱粉として、実施の形態2と同様のアルファー澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態10では、澱粉として、天然澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアルファー澱粉を使用し、このアルファー澱粉を前記ブロックイソシアネートと混合して1液型としている。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態9と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態9と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記アルファー澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態10に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図14に示す。図14に示すように、実施の形態10では、澱粉粒乃至澱粉構造体(アルファー澱粉粒)における(物理変性による)小房状のサブユニットとブロックイソシアネートとが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがサブユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 10
A one-component curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 10 will be described. In the ninth embodiment, the curable plastic binder composition according to the tenth embodiment uses the same alpha starch as the second embodiment as the main starch. That is, in the tenth embodiment, as the starch, natural starch is hydrolyzed and gelled by heating, then rapidly heat-dried and alphalated to activate the hydroxyl groups, and the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the starch granule surface. Alpha starch having a ratio of ½ or more is used, and this alpha starch is mixed with the blocked isocyanate to form a one-pack type. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the ninth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the ninth embodiment. The group is unblocked and the polyisocyanate is activated to crosslink the starch molecules of the alpha starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 10 is shown in FIG. As shown in FIG. 14, in Embodiment 10, the small subunits (by physical modification) and blocked isocyanate in starch granules or starch structures (alpha starch granules) are mixed and dispersed, and the blocking agent is removed. Thus, the polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the subunits. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例10
実施例10は、実施の形態10に対応する実施例である。実施例10では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、コーン澱粉90重量部に対して水100重量部を加えて混合攪拌したものを、150℃に加熱したツインドラムドライヤー(中央食料製)上に滴下して速やかにゲル化及び熱乾燥した後、250μm未満の粒径となるよう粉砕して、アルファー澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアルファー澱粉50重量部に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アルファー澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(2)で表される。
Example 10
Example 10 is an example corresponding to the tenth embodiment. In Example 10, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, 100 parts by weight of water was added to 90 parts by weight of corn starch, and the mixture was stirred and dropped onto a twin drum dryer (manufactured by Central Foods) heated to 150 ° C. to quickly gel and heat dry. Thereafter, the starch was ground to a particle size of less than 250 μm to prepare an alpha starch. Further, 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent was mixed with 50 parts by weight of the prepared alpha starch as a main agent to prepare a one-component curable plastic binder composition. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of the alpha starch were crosslinked with the polyisocyanate to form a urethane bond, and the curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (2).
実施の形態11
実施の形態11に係る1液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態11に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態9において、主剤としての澱粉として、実施の形態3と同様の熱分解澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態11では、澱粉として、天然澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上とした熱分解澱粉を使用し、この熱分解澱粉を前記ブロックイソシアネートと混合して1液型としている。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態9と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態9と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記熱分解澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態11に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図15に示す。図15に示すように、実施の形態11では、澱粉粒乃至澱粉構造体(熱分解澱粉粒)における(物理変性による)小房状のサブユニットとブロックイソシアネートとが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがサブユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 11
A one-component curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 11 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 11 uses the same pyrolytic starch as in Embodiment 3 as the starch as the main agent in Embodiment 9. That is, in the eleventh embodiment, as the starch, pyrolyzed starch in which natural starch is pyrolyzed to activate the hydroxyl groups so that the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the starch granule surface is 1/2 or more. This pyrolyzed starch is mixed with the blocked isocyanate to form a one-pack type. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the ninth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the ninth embodiment. Unblock the group and activate the polyisocyanate to crosslink the starch molecules of the pyrolyzed starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 11 is shown in FIG. As shown in FIG. 15, in the eleventh embodiment, the small subunits (by physical modification) and the blocked isocyanate in the starch granules or starch structure (pyrolyzed starch granules) are mixed and dispersed, and the blocking agent is removed. As a result, the polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the subunits. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例11
実施例11は、実施の形態11に対応する実施例である。実施例11では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、コーン澱粉を、180℃に加熱した長さ1.8m、直径0.2mのロータリーキルン(KSマテリアル製)に投入し、同ロータリーキルン中を回転数1〜20rpmの回転数及び排出速度毎分30cmの速さで送り、熱分解して熱分解澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアルファー澱粉50重量部に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、熱分解澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(2)で表される。
Example 11
Example 11 is an example corresponding to the eleventh embodiment. In Example 11, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, the corn starch is charged into a rotary kiln (made by KS Material) having a length of 1.8 m and a diameter of 0.2 m heated to 180 ° C., and the rotational speed of 1 to 20 rpm and the discharge speed per minute in the rotary kiln. Pyrolysis starch was prepared by feeding at a speed of 30 cm and pyrolysis. Further, 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent was mixed with 50 parts by weight of the prepared alpha starch as a main agent to prepare a one-component curable plastic binder composition. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. Thereby, the molecule | numerator of the pyrolysis starch was bridge | crosslinked by the polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (2).
実施の形態12
実施の形態12に係る1液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態12に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態9において、主剤としての澱粉として、実施の形態4と同様のアモルファス澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態12では、澱粉として、天然澱粉を衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアモルファス澱粉を使用し、このアモルファス澱粉を前記ブロックイソシアネートと混合して1液型としている。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態9と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態9と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記アモルファス澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態12に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図16に示す。図16に示すように、実施の形態12では、物理変性されたアモルファス澱粉粒(非結晶)の一般構造(固定)を示す(多数本の小房状のサブユニットからなる)放射房状のユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 12
A one-component curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 12 will be described. The curable plastic binder composition according to the twelfth embodiment uses the same amorphous starch as in the fourth embodiment as the main starch in the ninth embodiment. That is, in Embodiment 12, as the starch, natural starch is impact pulverized to destroy the crystal structure to activate the hydroxyl groups, and the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the starch granule surface is 1/2 or more. Amorphous starch is used, and this amorphous starch is mixed with the blocked isocyanate to form a one-pack type. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the ninth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the ninth embodiment. Unblock the group and activate the polyisocyanate to crosslink the starch molecules of the amorphous starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 12 is shown in FIG. As shown in FIG. 16, the twelfth embodiment shows a general structure (fixed) of physically modified amorphous starch granules (non-crystalline) (radial tuft-like unit composed of a large number of tuft-like subunits). And blocked isocyanate (liquid) are mixed and dispersed, and the blocking agent is removed, so that the polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the unit. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例12
実施例12は、実施の形態12に対応する実施例である。実施例12では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、乾式ボールミル(東海クレー工業製1.2t)にコーン澱粉を投入して6時間運転し、コーン澱粉を衝撃粉砕してアモルファス澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアモルファス澱粉50重量部に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アモルファス澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(2)で表される。
Example 12
Example 12 is an example corresponding to the twelfth embodiment. In Example 12, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, the corn starch was put into a dry ball mill (1.2 ton made by Tokai clay industry) and operated for 6 hours, and the corn starch was impact pulverized to prepare amorphous starch. In addition, 50 parts by weight of the prepared amorphous starch was mixed with 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent to prepare a one-component curable plastic binder composition. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of amorphous starch were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (2).
実施の形態13
実施の形態13に係る1液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態13に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態9において、主剤としての澱粉として、実施の形態5と同様のエステル化澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態13では、澱粉として、天然澱粉の水酸基をエステル化処理することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を40%以上としたエステル化澱粉を使用し、このエステル化澱粉を前記ブロックイソシアネートと混合して1液型としている。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態9と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態9と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記エステル化澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態13に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図17に示す。図17に示すように、実施の形態13では、化学変性されたエステル化澱粉粒(結晶)の一般構造(固定)を示す(多数本の小房状のサブユニットからなる)放射房状のユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 13
A one-component curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 13 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 13 uses the same esterified starch as that of Embodiment 5 as starch as the main agent in Embodiment 9. That is, in Embodiment 13, as starch, esterification is performed by esterifying the hydroxyl groups of natural starch to activate the hydroxyl groups so that the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules is 40% or more. Starch is used, and this esterified starch is mixed with the blocked isocyanate to form a one-pack type. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the ninth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the ninth embodiment. Unblock the group and activate the polyisocyanate to crosslink the starch molecules of the esterified starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 13 is shown in FIG. As shown in FIG. 17, the thirteenth embodiment shows a general structure (fixed) of chemically modified esterified starch granules (crystals), which is a radial tuft-shaped unit (consisting of a large number of tuft-shaped subunits). And blocked isocyanate (liquid) are mixed and dispersed, and the blocking agent is removed, so that the polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the unit. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例13
実施例13は、実施の形態13に対応する実施例である。実施例13では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、タピオカ澱粉10重量部に対し、無水酢酸50重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアセチルタピオカ澱粉50重量部に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、エステル化澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(2)で表される。
Example 13
Example 13 is an example corresponding to the thirteenth embodiment. In Example 13, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, 50 parts by weight of acetic anhydride is added to 10 parts by weight of tapioca starch and heated at a heating temperature of 100 ° C. for 12 hours to esterify the hydroxyl group of tapioca starch, and then washed and dried to obtain acetyl tapioca starch. Was prepared. In addition, 50 parts by weight of the prepared acetyl tapioca starch was mixed with 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent to prepare a one-part curable plastic binder composition. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. Thereby, the molecule | numerator of esterified starch was bridge | crosslinked by the polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (2).
実施の形態14
実施の形態14に係る1液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態14に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態9において、主剤としての澱粉として、実施の形態6と同様のアルファーエステル化澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態14では、澱粉として、天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化することによりその水酸基を活性化したアルファーエステル化澱粉を使用し、このアルファーエステル化澱粉を前記ブロックイソシアネートと混合して1液型としている。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態9と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態9と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記アルファーエステル化澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態14に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図18に示す。図18に示すように、実施の形態14では、澱粉粒乃至澱粉構造体(アルファーエステル化澱粉粒)における(化学変性及び物理変性による)小房状のサブユニットとブロックイソシアネートとが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 14
A one-component curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 14 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 14 is obtained by using the same alpha-esterified starch as in Embodiment 6 as starch as the main agent in Embodiment 9. That is, in Embodiment 14, as an starch, an esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of natural starch is hydrolyzed and gelled, and then rapidly heat-dried and alphalated to activate the alpha ester. This alpha-esterified starch is mixed with the blocked isocyanate to form a one-pack type. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the ninth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the ninth embodiment. The group is unblocked and the polyisocyanate is activated to crosslink the starch molecules of the alpha esterified starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 14 is shown in FIG. As shown in FIG. 18, in the fourteenth embodiment, small subunits (by chemical modification and physical modification) and blocked isocyanate in starch granules or starch structures (alpha-esterified starch granules) are mixed and dispersed. By removing the blocking agent, the polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the unit. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例14
実施例14は、実施の形態14に対応する実施例である。実施例14では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、タピオカ澱粉10重量部に対し、無水酢酸50重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、調製したアセチルタピオカ澱粉5重量部に対して水100重量部を加えて混合攪拌したものを、150℃に加熱したツインドラムドライヤー(中央食料製)上に滴下して速やかにゲル化及び熱乾燥した後、250μm未満の粒径となるよう粉砕して、アルファーエステル化澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアルファーエステル化澱粉50重量部に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アルファーエステル化澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(2)で表される。
Example 14
Example 14 is an example corresponding to the fourteenth embodiment. In Example 14, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of a polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and A part by weight was prepared. Next, 50 parts by weight of acetic anhydride is added to 10 parts by weight of tapioca starch and heated at a heating temperature of 100 ° C. for 12 hours to esterify the hydroxyl group of tapioca starch, and then washed and dried to obtain acetyl tapioca starch. Was prepared. Further, 100 parts by weight of water added to 5 parts by weight of the prepared acetyl tapioca starch and mixed and stirred are dropped on a twin drum dryer (manufactured by Central Foods) heated to 150 ° C. to quickly gel and heat. After drying, it was pulverized to a particle size of less than 250 μm to prepare an alpha-esterified starch. Further, 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent was mixed with 50 parts by weight of the prepared alpha-esterified starch as a main agent to prepare a one-component curable plastic binder composition. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of the alpha-esterified starch were crosslinked with the polyisocyanate to form a urethane bond, and the curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (2).
実施の形態15
実施の形態15に係る1液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態15に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態9において、主剤としての澱粉として、実施の形態7と同様の熱分解エステル化澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態15では、澱粉として、天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化した熱分解エステル化澱粉を使用し、この熱分解エステル化澱粉を前記ブロックイソシアネートと混合して1液型としている。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態9と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態9と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記熱分解エステル化澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態15に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図19に示す。図19に示すように、実施の形態15では、澱粉粒乃至澱粉構造体(熱分解エステル化澱粉粒)における(化学変性及び物理変性による)小房状のサブユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 15
A one-component curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 15 will be described. The curable plastic binder composition according to the fifteenth embodiment uses the same pyrolyzed esterified starch as in the seventh embodiment as the main starch in the ninth embodiment. That is, in the fifteenth embodiment, as the starch, pyrolyzed esterified starch in which the hydroxyl group is activated by thermally decomposing esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of natural starch is used. Is mixed with the blocked isocyanate to form a one-component type. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the ninth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the ninth embodiment. The group is unblocked and the polyisocyanate is activated to crosslink the starch molecules of the pyrolyzed esterified starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 15 is shown in FIG. As shown in FIG. 19, in the fifteenth embodiment, small subunits (by chemical modification and physical modification) and blocked isocyanate (liquid) in starch granules or starch structures (pyrolyzed esterified starch granules) are contained. By mixing and dispersing and releasing the blocking agent, the polyisocyanate crosslinks between active hydroxyl groups of the unit. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例15
実施例15は、実施の形態15に対応する実施例である。実施例15では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、タピオカ澱粉10重量部に対し、無水酢酸50重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、調製したアセチルタピオカ澱粉を、180℃に加熱した長さ1m直径30cmのロータリーキルン(クドウエンジニアリング製)に投入し、同ロータリーキルン中を排出速度毎分20cmの速さで送り、熱分解して熱分解エステル化澱粉を調製した。また、調製した主剤としての熱分解エステル化澱粉50重量部に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、熱分解エステル化澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(2)で表される。
Example 15
Example 15 is an example corresponding to the fifteenth embodiment. In Example 15, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, 50 parts by weight of acetic anhydride is added to 10 parts by weight of tapioca starch and heated at a heating temperature of 100 ° C. for 12 hours to esterify the hydroxyl group of tapioca starch, and then washed and dried to obtain acetyl tapioca starch. Was prepared. Moreover, the prepared acetyl tapioca starch is put into a rotary kiln (manufactured by Kudo Engineering) having a length of 1 m and a diameter of 30 cm heated to 180 ° C., and the inside of the rotary kiln is fed at a discharge speed of 20 cm per minute, and is thermally decomposed to heat Degraded esterified starch was prepared. In addition, 50 parts by weight of the pyrolyzed esterified starch as the main agent thus prepared was mixed with 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent to prepare a one-part curable plastic binder composition. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of the pyrolyzed esterified starch were cross-linked with the polyisocyanate to form a urethane bond, and the curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (2).
実施の形態16
実施の形態16に係る1液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態16に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態9において、主剤としての澱粉として、実施の形態8と同様のアモルファスエステル化澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態16では、澱粉として、天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化してその水酸基を活性化したアモルファスエステル化澱粉を使用し、このアモルファスエステル化澱粉を前記ブロックイソシアネートと混合して1液型としている。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態9と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態9と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記アモルファスエステル化澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態16に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図20に示す。図20に示すように、実施の形態16では、アモルファスエステル化澱粉粒(非結晶)の一般構造(固定)を示す(多数本の小房状のサブユニットからなる)放射房状のユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 16
A one-component curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 16 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 16 uses the same amorphous esterified starch as in Embodiment 8 as the starch as the main agent in Embodiment 9. That is, in Embodiment 16, as the starch, the esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of natural starch is impact pulverized to destroy the crystal structure, thereby activating the hydroxyl group and activating the hydroxyl group. Starch is used, and this amorphous esterified starch is mixed with the blocked isocyanate to form a one-pack type. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the ninth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the ninth embodiment. Unblock the group and activate the polyisocyanate to crosslink the starch molecules of the amorphous esterified starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 16 is shown in FIG. As shown in FIG. 20, in the sixteenth embodiment, radial tufted units and blocks (consisting of a number of tufted subunits) showing the general structure (fixed) of amorphous esterified starch granules (non-crystalline) The isocyanate (liquid) is mixed and dispersed, and the blocking agent is removed, so that the polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the unit. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例16
実施例16は、実施の形態16に対応する実施例である。実施例16では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、タピオカ澱粉10重量部に対し、無水酢酸50重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、乾式ボールミル(東海クレー工業製1.2t)に、調製したアセチルタピオカ澱粉を投入すると共にアルミナボール(径10〜100mm)を1t〜3tの範囲の量で投入し、同乾式ボールミルを30〜100rpmの回転数で4〜8時間運転し、アセチルタピオカ澱粉を衝撃粉砕してアモルファスエステル化澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアモルファスエステル化澱粉50重量部に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アモルファスエステル化澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(2)で表される。
Example 16
Example 16 is an example corresponding to the sixteenth embodiment. In Example 16, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, 50 parts by weight of acetic anhydride is added to 10 parts by weight of tapioca starch and heated at a heating temperature of 100 ° C. for 12 hours to esterify the hydroxyl group of tapioca starch, and then washed and dried to obtain acetyl tapioca starch. Was prepared. In addition, the prepared acetyl tapioca starch is charged into a dry ball mill (1.2 ton made by Tokai Clay Industry) and alumina balls (diameter 10 to 100 mm) are charged in an amount ranging from 1 t to 3 t. The acetyl tapioca starch was impact-pulverized by operating at 100 rpm for 4-8 hours to prepare amorphous esterified starch. Further, 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent was mixed with 50 parts by weight of the amorphous esterified starch as the main agent thus prepared to prepare a one-pack type curable plastic binder composition. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of the amorphous esterified starch were crosslinked with the polyisocyanate to form a urethane bond, and the curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (2).
実施の形態17
実施の形態17に係る1液型水性硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態17に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、主剤としての澱粉をコロイド状(ゾル状またはゲル状)としたコロイド状澱粉と、硬化剤乃至架橋剤としてのブロックイソシアネートとを予め混合した1液型の常温または熱硬化性バイオプラスチックバインダー組成物である。コロイド状澱粉は、澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上とした主剤としての澱粉を加水加熱してゾル化またはゲル化した(ゾル状またはゲル状の)コロイド状をなすものである。また、ブロックイソシアネートは、上記実施の形態9と同様のものであり、ポリイソシアネートを所定のブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状澱粉と混合分散されて(順ミセル状または逆ミセル状に)エマルジョン化され、安定化している。即ち、実施の形態17では、界面活性剤等の乳化剤乃至分散剤を添加乃至混合しなくても、(通常は疎水性の)ブロックイソシアネートが(ゾル状またはゲル状の)コロイド状澱粉と順ミセル状のエマルジョンを形成し、ブロックイソシアネートがコロイド状澱粉内に粒子状に安定的に均一分散したり、逆に、ブロックイソシアネートがコロイド状澱粉と逆ミセル状のエマルジョンを形成し、コロイド状澱粉がブロックイソシアネート内に粒子状に安定的に均一分散したりする。これは、澱粉のゾル化またはゲル化により、澱粉分子の水酸基が水素結合することに起因すると考えられる。一方、かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、所定温度以上に加熱することにより、まず、コロイド状澱粉の水分が蒸発して、澱粉ゾルまたは澱粉ゲル中の水素結合が開放され、続いて、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートのイソシアネート基が活性化して前記澱粉の活性水酸基と結合し、アミロース及びアミロペクチンの分子内水酸基及び/または分子間水酸基の間を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。即ち、硬化性プラスチックバインダー組成物を加熱することで、ブロックイソシアネートのブロック剤が外れてイソシアネート基が活性化され、澱粉粒表面の複数の活性水酸基がポリイソシアネートのイソシアネート基と(常温となっても)ウレタン結合することで、澱粉分子間がポリイソシアネートにより架橋され、3次元網目構造を形成して硬化する。この状態から更に加熱すると、澱粉粒が軟化してその表面の水酸基が更に活性化されることで上記ウレタン結合反応が一層促進され、最終的な硬化物としての硬化性樹脂成形物を迅速かつ効率的に生成する。なお、このときの加熱温度は、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば180℃以上とすることができる。ここで、ブロック剤としては、特に、オキシム系ブロック剤を使用することが好ましく、この場合、ブロックイソシアネートとコロイド状澱粉とのエマルジョン化を非常に円滑かつ安定して行うことができる。一方、アルコール系ブロック剤を使用する場合、ブロックイソシアネートとコロイド状澱粉とのエマルジョン化を安定的に行う点から、エタノール系のものはあまり好ましくなく、上記のようにメタノール系のものを使用することが好ましい。なお、実施の形態17に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図21に示す。図21に示すように、実施の形態17では、ゾルまたはゲル化澱粉粒(結晶)の一般構造を示す(多数本の小房状のサブユニットからなる)放射房状のユニットとブロックイソシアネートとが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 17
The one-pack type aqueous curable plastic binder composition and the cured product thereof according to Embodiment 17 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 17 is a premixed mixture of colloidal starch in which starch as a main agent is colloidal (sol or gel) and blocked isocyanate as a curing agent or a crosslinking agent. It is a liquid normal temperature or thermosetting bioplastic binder composition. Colloidal starch is a sol or gelled (sol-like or gel-like) colloidal form obtained by hydrothermally heating starch as a main agent in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules is 1/2 or more. It is what makes. Further, the blocked isocyanate is the same as that in the above-mentioned embodiment 9, and is mixed and dispersed with the colloidal starch in a state where the polyisocyanate is blocked with a predetermined blocking agent (in a normal micelle shape or reverse micelle shape). Emulsified and stabilized. That is, in Embodiment 17, colloidal starch and normal micelles (sol-form or gel-form) colloidal starch (usually hydrophobic) without adding or mixing an emulsifier or dispersant such as a surfactant. The block isocyanate is dispersed in the colloidal starch stably and uniformly in the form of particles, or the blocked isocyanate forms a reverse micelle emulsion with the colloidal starch, and the colloidal starch is blocked. The particles are stably dispersed uniformly in the form of particles in the isocyanate. This is thought to be due to the hydrogen bonding of the hydroxyl groups of the starch molecules due to the sol-formation or gelation of the starch. On the other hand, in such a one-pack type curable plastic binder composition, when heated to a predetermined temperature or higher, the water content of the colloidal starch is first evaporated, and the hydrogen bonds in the starch sol or starch gel are released. The blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated to unblock the isocyanate group, the isocyanate group of the polyisocyanate is activated and bonded to the active hydroxyl group of the starch, and the intramolecular hydroxyl group and / or intermolecular hydroxyl group of amylose and amylopectin Cross-links between them. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. That is, by heating the curable plastic binder composition, the blocking agent of the blocked isocyanate is removed and the isocyanate group is activated, and a plurality of active hydroxyl groups on the surface of the starch granules are combined with the isocyanate group of the polyisocyanate (even at room temperature). ) By urethane bonding, starch molecules are cross-linked by polyisocyanate to form a three-dimensional network structure and harden. Further heating from this state further softens the starch granules and further activates the hydroxyl groups on the surface, thereby further promoting the urethane bond reaction, and the curable resin molding as the final cured product can be quickly and efficiently produced. Generate automatically. In addition, the heating temperature at this time shall be the range of 100 to 200 degreeC, for example, can be 180 degreeC or more. Here, it is particularly preferable to use an oxime-based blocking agent as the blocking agent. In this case, emulsification of blocked isocyanate and colloidal starch can be carried out very smoothly and stably. On the other hand, when using an alcohol-based blocking agent, an ethanol-based one is not so preferable from the viewpoint of stably emulsifying a blocked isocyanate and colloidal starch, and a methanol-based one should be used as described above. Is preferred. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 17 is shown in FIG. As shown in FIG. 21, in the seventeenth embodiment, radial tufted units (consisting of a number of tufted subunits) showing a general structure of sol or gelled starch granules (crystals) and blocked isocyanate By mixing and dispersing and releasing the blocking agent, the polyisocyanate crosslinks between active hydroxyl groups of the unit. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例17
実施例17は、実施の形態17に対応する実施例である。実施例17では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、主剤としてのタピオカ澱粉50重量部に対し、水を300〜500重量部加えて80℃に加温してゲル化し、コロイド状澱粉を調製した。そして、このコロイド状澱粉に硬化剤として前記ブロックイソシアネートの90重量部を加えて混合し、高速攪拌することで、順ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、タピオカ澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。
Example 17
Example 17 is an example corresponding to the seventeenth embodiment. In Example 17, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, 300 to 500 parts by weight of water was added to 50 parts by weight of tapioca starch as the main agent, and the mixture was heated to 80 ° C. to gel to prepare colloidal starch. Then, 90 parts by weight of the blocked isocyanate is added to the colloidal starch as a curing agent, mixed, and stirred at high speed, whereby a one-component curable plastic binder composition in which a forward micelle structure emulsion is stably produced. Was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. Thereby, the molecule | numerator of tapioca starch was bridge | crosslinked by the polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly.
一方、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を70重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを120重量部調製した。次に、このブロックイソシアネート120重量部に対して主剤としてのタピオカ澱粉を50重量部加えて攪拌し、更に、この混合物に対して水を1〜500重量部加えて低速攪拌することで、逆ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、タピオカ澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。 On the other hand, 70 parts by weight of a blocking agent is added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI are mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block isocyanate groups, and 120 parts by weight of blocked isocyanate is prepared. did. Next, 50 parts by weight of tapioca starch as a main ingredient is added to 120 parts by weight of this blocked isocyanate and stirred, and further, 1 to 500 parts by weight of water is added to this mixture, and the mixture is stirred at a low speed to give reverse micelles. A one-part curable plastic binder composition in which an emulsion having a structure was stably produced was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. Thereby, the molecule | numerator of tapioca starch was bridge | crosslinked by the polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly.
上記いずれの場合も、反応式は次式(3)で表される。
St-OH----H2O → St-OH + H2O↑
BL-OCHN-R-NHCO-BL ⇔ 2 BL + OCN-R-NCO
2 St-OH + OCN-R-NCO → St-O-OCHN-R-NHCO-O-St ・・・(3)
In either case, the reaction formula is represented by the following formula (3).
St-OH ---- H 2 O → St-OH + H 2 O ↑
BL-OCHN-R-NHCO-BL ⇔ 2 BL + OCN-R-NCO
2 St-OH + OCN-R-NCO → St-O-OCHN-R-NHCO-O-St (3)
実施の形態18
実施の形態18に係る1液型水性硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態18に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態17において、主剤としての澱粉として、実施の形態2と同様のアルファー澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態18では、澱粉として、天然澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアルファー澱粉を使用し、このアルファー澱粉をゾル化またはゲル化してコロイド状澱粉を調製し、前記ブロックイソシアネートと混合してエマルジョン化することにより1液型としている。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態17と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態17と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記アルファー澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態18に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図22に示す。図22に示すように、実施の形態18では、ゾルまたはゲル化アルファー澱粉粒乃至澱粉構造体を示す(物理変性による)小房状のサブユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 18
A one-component water-based curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 18 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 18 uses the same alpha starch as in Embodiment 2 as the starch as the main agent in Embodiment 17. That is, in the eighteenth embodiment, as the starch, natural starch is hydrolyzed and gelled by heating, and then rapidly heat-dried and alphalated to activate the hydroxyl groups, and the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules. Alpha starch having a ratio of ½ or more is used, and this alpha starch is made into a sol or gel to prepare a colloidal starch, which is mixed with the blocked isocyanate and emulsified to form a one-pack type. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the seventeenth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the seventeenth embodiment. The group is unblocked and the polyisocyanate is activated to crosslink the starch molecules of the alpha starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 18 is shown in FIG. As shown in FIG. 22, in the eighteenth embodiment, small subunits (due to physical modification) showing sol or gelled alpha starch granules or starch structures and block isocyanate (liquid) are mixed and dispersed to form a block. The polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the unit by removing the agent. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例18
実施例18は、実施の形態18に対応する実施例である。実施例18では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、コーン澱粉5重量部に対して水100重量部を加えて混合攪拌したものを、150℃に加熱したツインドラムドライヤー(中央食料製)上に滴下して速やかにゲル化及び熱乾燥した後、250μm未満の粒径となるよう粉砕して、コーンアルファー澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのコーンアルファー澱粉50重量部に対し、水を300〜500重量部加えて80℃に加温してゲル化し、コロイド状澱粉を調製した。そして、このコロイド状澱粉に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、高速攪拌することで、順ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、コーンアルファー澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。
Example 18
Example 18 is an example corresponding to the eighteenth embodiment. In Example 18, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of a polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and A part by weight was prepared. Next, 100 parts by weight of water was added to 5 parts by weight of corn starch, and the mixture was stirred and dripped onto a twin drum dryer (made by Central Foods) heated to 150 ° C., and rapidly gelled and thermally dried. Then, it grind | pulverized so that it might become a particle size of less than 250 micrometers, and the corn alpha starch was prepared. Moreover, 300-500 weight part of water was added with respect to 50 weight part of corn alpha starch as a main ingredient prepared, and it heated and gelatinized at 80 degreeC, and prepared the colloidal starch. Then, the one-part curable plastic binder composition in which the emulsion of a normal micelle structure is stably produced by mixing the colloidal starch with 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent and stirring at high speed. Was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of corn alpha starch were cross-linked with polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly.
一方、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を70重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを120重量部調製した。次に、このブロックイソシアネート120重量部に対して主剤としてのコーンアルファー澱粉を50重量部加えて攪拌し、更に、この混合物に対して水を1〜500重量部加えて低速攪拌することで、逆ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、コーンアルファー澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。上記いずれの場合も、反応式は上記式(3)で表される。 On the other hand, 70 parts by weight of a blocking agent is added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI are mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block isocyanate groups, and 120 parts by weight of blocked isocyanate is prepared. did. Next, 50 parts by weight of corn alpha starch as a main ingredient is added to 120 parts by weight of this blocked isocyanate and stirred. Further, 1 to 500 parts by weight of water is added to this mixture, and the mixture is stirred at a low speed. A one-part curable plastic binder composition in which a micelle emulsion was stably produced was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of corn alpha starch were cross-linked with polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. In any of the above cases, the reaction formula is represented by the above formula (3).
実施の形態19
実施の形態19に係る1液型水性硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態19に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態17において、主剤としての澱粉として、実施の形態3と同様の熱分解澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態19では、澱粉として、天然澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上とした熱分解澱粉を使用し、この熱分解澱粉をゾル化またはゲル化してコロイド状澱粉を調製し、前記ブロックイソシアネートと混合してエマルジョン化することにより1液型としている。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態17と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態17と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記熱分解澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態19に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図23に示す。図23に示すように、実施の形態19では、ゾルまたはゲル化した熱分解澱粉粒乃至澱粉構造体を示す(物理変性による)小房状のサブユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 19
A one-component water-based curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 19 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 19 uses the same pyrolytic starch as in Embodiment 3 as the starch as the main agent in Embodiment 17. That is, in the nineteenth embodiment, as the starch, pyrolyzed starch in which natural starch is thermally decomposed to activate the hydroxyl groups so that the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules is 1/2 or more. The pyrolyzed starch is used in the form of a sol or gel to prepare a colloidal starch, which is mixed with the blocked isocyanate and emulsified to form a one-pack type. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the seventeenth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the seventeenth embodiment. The group is unblocked and the polyisocyanate is activated to crosslink the starch molecules of the pyrolyzed starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 19 is shown in FIG. As shown in FIG. 23, in the nineteenth embodiment, small subunits (by physical modification) showing a sol or gelled pyrolyzed starch granule or starch structure and block isocyanate (liquid) are mixed and dispersed. When the blocking agent is removed, the polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the unit. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例19
実施例19は、実施の形態19に対応する実施例である。実施例19では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、コーン澱粉を、180℃に加熱した長さ1.8m直径0.2mのロータリーキルン(KSマテリアル製)に投入し、同ロータリーキルン中を回転数1〜20rpmの回転数及び排出速度毎分30cmの速さで送り、熱分解して熱分解澱粉を調製した。また、調製した主剤としての熱分解澱粉(コーンデキストリン)50重量部に対し、水を300〜500重量部加えて80℃に加温してゲル化し、コロイド状澱粉を調製した。そして、このコロイド状澱粉に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、高速攪拌することで、順ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、コーンデキストリンの分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。
Example 19
Example 19 is an example corresponding to the nineteenth embodiment. In Example 19, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of a polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and A part by weight was prepared. Next, corn starch is charged into a rotary kiln (made by KS Material) having a length of 1.8 m and a diameter of 0.2 m heated to 180 ° C., and the rotational speed of the rotary kiln is 1 to 20 rpm and the discharge speed is 30 cm per minute. And then pyrolyzed to prepare pyrolyzed starch. Moreover, 300-500 weight part of water was added with respect to 50 weight part of pyrolysis starch (corn dextrin) as a main ingredient prepared, and it heated and gelatinized at 80 degreeC, and prepared the colloidal starch. Then, the one-part curable plastic binder composition in which the emulsion of a normal micelle structure is stably produced by mixing the colloidal starch with 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent and stirring at high speed. Was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of corn dextrin were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly.
一方、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を70重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを120重量部調製した。次に、このブロックイソシアネート120重量部に対して主剤としてのコーンデキストリンを50重量部加えて攪拌し、更に、この混合物に対して水を1〜500重量部加えて低速攪拌することで、逆ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、コーンデキストリンの分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。上記いずれの場合も、反応式は上記式(3)で表される。 On the other hand, 70 parts by weight of a blocking agent is added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI are mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block isocyanate groups, and 120 parts by weight of blocked isocyanate is prepared. did. Next, 50 parts by weight of corn dextrin as a main ingredient is added to 120 parts by weight of this blocked isocyanate and stirred, and further, 1 to 500 parts by weight of water is added to this mixture and stirred at a low speed, thereby reverse micelles. A one-part curable plastic binder composition in which an emulsion having a structure was stably produced was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of corn dextrin were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. In any of the above cases, the reaction formula is represented by the above formula (3).
実施の形態20
実施の形態20に係る1液型水性硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態20に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態17において、主剤としての澱粉として、実施の形態4と同様のアモルファス澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態20では、澱粉として、天然澱粉を衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたアモルファス澱粉を使用し、このアモルファス澱粉をゾル化またはゲル化してコロイド状澱粉を調製し、前記ブロックイソシアネートと混合してエマルジョン化することにより1液型としている。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態17と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態17と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記アモルファス澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態20に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図24に示す。図24に示すように、実施の形態20では、アモルファス澱粉粒(非結晶)の一般構造を示す(多数本の小房状のサブユニットからなる)放射房状のユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 20
The one-pack type aqueous curable plastic binder composition and the cured product thereof according to Embodiment 20 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 20 uses the same amorphous starch as in Embodiment 4 as the starch as the main agent in Embodiment 17. That is, in the twentieth embodiment, as starch, natural starch is impact-pulverized to destroy the crystal structure to activate the hydroxyl groups, and the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the starch granule surface is 1/2 or more. Amorphous starch is used, and the amorphous starch is made into a sol or gel to prepare a colloidal starch, which is mixed with the blocked isocyanate and emulsified to form a one-pack type. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the seventeenth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the seventeenth embodiment. Unblock the group and activate the polyisocyanate to crosslink the starch molecules of the amorphous starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 20 is shown in FIG. As shown in FIG. 24, in the twentieth embodiment, a radial tufted unit (consisting of a large number of tufted subunits) showing a general structure of amorphous starch granules (non-crystalline), and a blocked isocyanate (liquid) Are mixed and dispersed, and the polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the unit by removing the blocking agent. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例20
実施例20は、実施の形態20に対応する実施例である。実施例20では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、乾式ボールミル(東海クレー工業製1.2t)にコーン澱粉を投入すると共にアルミナボール(径10〜100mm)を1t〜3tの範囲の量で投入し、同乾式ボールミルを30〜100rpmの回転数で4〜8時間運転し、コーン澱粉を衝撃粉砕してアモルファス澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアモルファス澱粉50重量部に対し、水を300〜500重量部加えて80℃に加温してゲル化し、コロイド状澱粉を調製した。そして、このコロイド状澱粉に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、高速攪拌することで、順ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、コーンデキストリンの分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。実施の形態20に記載の条件で調製した順ミセル構造のエマルジョンの分散例を図25に示す。また、その比較例として、実施の形態20に記載の条件と異なる条件で調製した順ミセル構造のエマルジョンの分散例を図26に示す。図25及び図26共に、所定倍率(×100)の光学顕微鏡写真である。図25に示すように、実施の形態20に記載の条件で調製した順ミセル構造のエマルジョンでは、ゾル状またはゲル状のアモルファス澱粉(コロイド状澱粉)とブロックイソシアネートとが良好に分散しているが、図26に示すように、実施の形態20に記載の条件と異なる条件で調製した順ミセル構造のエマルジョンでは、ゾル状またはゲル状のアモルファス澱粉(コロイド状澱粉)とブロックイソシアネートとが十分に分散せず分散不良となっていることが確認できる。
Example 20
Example 20 is an example corresponding to the twentieth embodiment. In Example 20, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of a polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and A part by weight was prepared. Next, corn starch is charged into a dry ball mill (1.2 ton made by Tokai clay industry) and alumina balls (diameter 10 to 100 mm) are charged in an amount ranging from 1 to 3 t, and the dry ball mill is rotated at 30 to 100 rpm. The corn starch was pulverized by impact pulverization for 4 to 8 hours to prepare amorphous starch. Moreover, 300-500 weight part of water was added with respect to 50 weight part of amorphous starch as a main ingredient prepared, and it heated and gelatinized at 80 degreeC, and prepared the colloidal starch. Then, the one-part curable plastic binder composition in which the emulsion of a normal micelle structure is stably produced by mixing the colloidal starch with 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent and stirring at high speed. Was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of corn dextrin were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. FIG. 25 shows a dispersion example of a forward micelle emulsion prepared under the conditions described in the twentieth embodiment. As a comparative example, FIG. 26 shows a dispersion example of a forward micelle structure emulsion prepared under conditions different from those described in Embodiment 20. Both FIG. 25 and FIG. 26 are optical micrographs at a predetermined magnification (× 100). As shown in FIG. 25, in the forward micelle structure emulsion prepared under the conditions described in Embodiment 20, the sol-like or gel-like amorphous starch (colloidal starch) and the blocked isocyanate are well dispersed. As shown in FIG. 26, in a forward micelle structure emulsion prepared under conditions different from those described in Embodiment 20, sol-like or gel-like amorphous starch (colloidal starch) and blocked isocyanate are sufficiently dispersed. It can be confirmed that the dispersion is poor.
一方、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を70重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを120重量部調製した。次に、このブロックイソシアネート120重量部に対して主剤としてのアモルファス澱粉を50重量部加えて攪拌し、更に、この混合物に対して水を1〜500重量部加えて低速攪拌することで、逆ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アモルファス澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。上記いずれの場合も、反応式は上記式(3)で表される。 On the other hand, 70 parts by weight of a blocking agent is added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI are mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block isocyanate groups, and 120 parts by weight of blocked isocyanate is prepared. did. Next, 50 parts by weight of amorphous starch as a main ingredient is added to 120 parts by weight of the blocked isocyanate and stirred, and further, 1 to 500 parts by weight of water is added to the mixture, and the mixture is stirred at a low speed, thereby reverse micelles. A one-part curable plastic binder composition in which an emulsion having a structure was stably produced was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of amorphous starch were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. In any of the above cases, the reaction formula is represented by the above formula (3).
実施の形態21
実施の形態21に係る1液型水性硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態21に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態17において、主剤としての澱粉として、実施の形態5と同様のエステル化澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態21では、澱粉として、天然澱粉の水酸基をエステル化処理することによりその水酸基を活性化して前記澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を40%以上としたエステル化澱粉を使用し、このエステル化澱粉をゾル化またはゲル化してコロイド状澱粉を調製し、前記ブロックイソシアネートと混合してエマルジョン化することにより1液型としている。なお、実施の形態21におけるエステル化澱粉の調製は、上記実施の形態6〜9におけるエステル化澱粉の調製と同様にして行うことができ、無水酢酸等に対するタピオカ澱粉等の澱粉の配合比は、実施の形態5の場合より1オーダー(1桁)程度以上少なくする。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態17と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態17と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記エステル化澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態21に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図27に示す。図27に示すように、実施の形態21では、ゾル化またはゲル化したエステル化澱粉粒(結晶)の一般構造を示す(多数本の小房状のサブユニットからなる)放射房状のユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 21
The one-pack type aqueous curable plastic binder composition and the cured product thereof according to Embodiment 21 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 21 is obtained by using the same esterified starch as in Embodiment 5 as starch as the main agent in Embodiment 17. That is, in Embodiment 21, as starch, esterification of the hydroxyl group of natural starch is performed by esterification, and the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules is 40% or more. Using starch, the esterified starch is made into a sol or gel to prepare a colloidal starch, and mixed with the blocked isocyanate to be emulsified into a one-pack type. In addition, the preparation of the esterified starch in Embodiment 21 can be performed in the same manner as the preparation of the esterified starch in Embodiments 6 to 9, and the blending ratio of starch such as tapioca starch to acetic anhydride and the like is as follows. The order is reduced by one order (one digit) or more than in the fifth embodiment. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the seventeenth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the seventeenth embodiment. Unblock the group and activate the polyisocyanate to crosslink the starch molecules of the esterified starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 21 is shown in FIG. As shown in FIG. 27, Embodiment 21 shows a general structure of sol-gelled or gelled esterified starch granules (crystals) (radial tuft-like units composed of a large number of tuft-like subunits) The blocked isocyanate (liquid) is mixed and dispersed, and the polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the unit by removing the blocking agent. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例21
実施例21は、実施の形態21に対応する実施例である。実施例21では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、タピオカ澱粉1重量部に対し、無水酢酸20重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアセチルタピオカ澱粉50重量部に対し、水を300〜500重量部加えて80℃に加温してゲル化し、コロイド状澱粉を調製した。そして、このコロイド状澱粉に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、高速攪拌することで、順ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アセチルタピオカ澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。
Example 21
Example 21 is an example corresponding to the twenty-first embodiment. In Example 21, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, 20 parts by weight of acetic anhydride is added to 1 part by weight of tapioca starch and heated at a heating temperature of 100 ° C. for 12 hours to esterify the hydroxyl group of tapioca starch, and then washed and dried to obtain acetyl tapioca starch. Was prepared. Moreover, 300-500 weight part of water was added with respect to 50 weight part of acetyl tapioca starch as a main ingredient prepared, and it heated and gelatinized at 80 degreeC, and prepared the colloidal starch. Then, the one-part curable plastic binder composition in which the emulsion of a normal micelle structure is stably produced by mixing the colloidal starch with 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent and stirring at high speed. Was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. Thereby, the molecule | numerator of acetyl tapioca starch was bridge | crosslinked by polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly.
一方、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を70重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを120重量部調製した。次に、このブロックイソシアネート120重量部に対して主剤としてのアセチルタピオカ澱粉を50重量部加えて攪拌し、更に、この混合物に対して水を1〜500重量部加えて低速攪拌することで、逆ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アセチルタピオカ澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。上記いずれの場合も、反応式は上記式(3)で表される。 On the other hand, 70 parts by weight of a blocking agent is added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI are mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block isocyanate groups, and 120 parts by weight of blocked isocyanate is prepared. did. Next, 50 parts by weight of acetyl tapioca starch as a main ingredient is added to 120 parts by weight of this blocked isocyanate and stirred. Further, 1 to 500 parts by weight of water is added to this mixture, and the mixture is stirred at a low speed. A one-part curable plastic binder composition in which a micelle emulsion was stably produced was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. Thereby, the molecule | numerator of acetyl tapioca starch was bridge | crosslinked by polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly. In any of the above cases, the reaction formula is represented by the above formula (3).
実施の形態22
実施の形態22に係る1液型水性硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態22に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態17において、主剤としての澱粉として、実施の形態6と同様のアルファーエステル化澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態22では、澱粉として、天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を加水加熱してゲル化した後に急速熱乾燥してアルファー化することによりその水酸基を活性化したアルファーエステル化澱粉を使用し、このアルファーエステル化澱粉をゾル化またはゲル化してコロイド状澱粉を調製し、前記ブロックイソシアネートと混合してエマルジョン化することにより1液型としている。なお、実施の形態22におけるエステル化澱粉の調製は、上記実施の形態21におけるエステル化澱粉の調製と同様にして行うことができ、無水酢酸等に対するタピオカ澱粉等の澱粉の配合比は、実施の形態6の場合より1オーダー(1桁)程度以上少なくする。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態17と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態17と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記アルファーエステル化澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態22に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図28に示す。図28に示すように、実施の形態22では、ゾル化またはゲル化したアルファーエステル化澱粉粒を示す小房状のサブユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 22
A one-component aqueous curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 22 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 22 uses the same alpha-esterified starch as in Embodiment 6 as the starch as the main agent in Embodiment 17. That is, in Embodiment 22, as an starch, an esterified starch obtained by esterifying a hydroxyl group of natural starch is heated and gelled, and then rapidly heat-dried and alphalated to activate the hydroxyl ester. Using a modified starch, this alpha-esterified starch is made into a sol or gel to prepare a colloidal starch, which is mixed with the blocked isocyanate and emulsified to form a one-pack type. The esterified starch in Embodiment 22 can be prepared in the same manner as in the preparation of the esterified starch in Embodiment 21, and the ratio of starch such as tapioca starch to acetic anhydride etc. The number is reduced by one order (one digit) or more than in the case of Form 6. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the seventeenth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the seventeenth embodiment. The group is unblocked and the polyisocyanate is activated to crosslink the starch molecules of the alpha esterified starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 22 is shown in FIG. As shown in FIG. 28, in Embodiment 22, the tufted subunits showing the sol-gelled or gelled alpha-esterified starch granules and the blocked isocyanate (liquid) are mixed and dispersed, and the blocking agent is removed. Polyisocyanate crosslinks between active hydroxyl groups in the unit. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例22
実施例22は、実施の形態22に対応する実施例である。実施例22では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、タピオカ澱粉1重量部に対し、無水酢酸20重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、調製したアセチルタピオカ澱粉5重量部に対して水100重量部を加えて混合攪拌したものを、150℃に加熱したツインドラムドライヤー(中央食料製)上に滴下して速やかにゲル化及び熱乾燥した後、250μm未満の粒径となるよう粉砕して、アルファーエステル化澱粉(アセチルタピオカアルファー澱粉)を調製した。また、調製した主剤としてのアセチルタピオカアルファー澱粉50重量部に対し、水を300〜500重量部加えて80℃に加温してゲル化し、コロイド状澱粉を調製した。そして、このコロイド状澱粉に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、高速攪拌することで、順ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アセチルタピオカアルファー澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。
Example 22
Example 22 is an example corresponding to the twenty-second embodiment. In Example 22, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, 20 parts by weight of acetic anhydride is added to 1 part by weight of tapioca starch and heated at a heating temperature of 100 ° C. for 12 hours to esterify the hydroxyl group of tapioca starch, and then washed and dried to obtain acetyl tapioca starch. Was prepared. Further, 100 parts by weight of water added to 5 parts by weight of the prepared acetyl tapioca starch and mixed and stirred are dropped on a twin drum dryer (manufactured by Central Foods) heated to 150 ° C. to quickly gel and heat. After drying, the mixture was pulverized to a particle size of less than 250 μm to prepare an alpha esterified starch (acetyl tapioca alpha starch). Moreover, 300-500 weight part of water was added with respect to 50 weight part of acetyl tapioca alpha starch as a main ingredient prepared, and it heated and gelatinized at 80 degreeC, and prepared the colloidal starch. Then, the one-part curable plastic binder composition in which the emulsion of a normal micelle structure is stably produced by mixing the colloidal starch with 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent and stirring at high speed. Was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of acetyl tapioca alpha starch were cross-linked with polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly.
一方、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を70重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを120重量部調製した。次に、このブロックイソシアネート120重量部に対して主剤としてのアセチルタピオカアルファー澱粉を50重量部加えて攪拌し、更に、この混合物に対して水を1〜500重量部加えて低速攪拌することで、逆ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アセチルタピオカアルファー澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。上記いずれの場合も、反応式は上記式(3)で表される。 On the other hand, 70 parts by weight of a blocking agent is added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI are mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block isocyanate groups, and 120 parts by weight of blocked isocyanate is prepared. did. Next, 50 parts by weight of acetyl tapioca alpha starch as a main ingredient is added to 120 parts by weight of this blocked isocyanate and stirred, and further, 1 to 500 parts by weight of water is added to this mixture and stirred at a low speed. A one-part curable plastic binder composition in which an emulsion having a reverse micelle structure was stably produced was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of acetyl tapioca alpha starch were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. In any of the above cases, the reaction formula is represented by the above formula (3).
実施の形態23
実施の形態23に係る1液型水性硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態23に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態17において、主剤としての澱粉として、実施の形態7と同様の熱分解エステル化澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態23では、澱粉として、天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を熱分解することによりその水酸基を活性化した熱分解エステル化澱粉を使用し、この熱分解エステル化澱粉をゾル化またはゲル化してコロイド状澱粉を調製し、前記ブロックイソシアネートと混合してエマルジョン化することにより1液型としている。なお、実施の形態23におけるエステル化澱粉の調製は、上記実施の形態21におけるエステル化澱粉の調製と同様にして行うことができ、無水酢酸等に対するタピオカ澱粉等の澱粉の配合比は、実施の形態7の場合より1オーダー(1桁)程度以上少なくする。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態17と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態17と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記熱分解エステル化澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態23に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図29に示す。図29に示すように、実施の形態23では、ゾル化またはゲル化した熱分解エステル化澱粉粒の一般構造を示す小房状のサブユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 23
A one-component aqueous curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 23 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 23 uses the same pyrolyzed esterified starch as in Embodiment 7 as the main ingredient starch in Embodiment 17. That is, in Embodiment 23, as the starch, pyrolyzed esterified starch in which the hydroxyl group is activated by thermally decomposing esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of natural starch is used, and this pyrolyzed esterified starch is used. Colloidal starch is prepared by solating or gelling, and is mixed with the blocked isocyanate to be emulsified to form a one-pack type. The preparation of the esterified starch in Embodiment 23 can be performed in the same manner as the preparation of the esterified starch in Embodiment 21 above, and the mixing ratio of starch such as tapioca starch to acetic anhydride etc. The order is reduced by one order (one digit) or more than in the case of Form 7. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the seventeenth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the seventeenth embodiment. The group is unblocked and the polyisocyanate is activated to crosslink the starch molecules of the pyrolyzed esterified starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 23 is shown in FIG. As shown in FIG. 29, in Embodiment 23, small subunits showing the general structure of pyrolyzed esterified starch granules that have been solated or gelled and blocked isocyanate (liquid) are mixed and dispersed to form a blocking agent. The polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the unit. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例23
実施例23は、実施の形態23に対応する実施例である。実施例23では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、タピオカ澱粉1重量部に対し、無水酢酸20重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、調製したアセチルタピオカ澱粉を、180℃に加熱した長さ1m、直径0.2mのロータリーキルン(KSマテリアル製)に投入し、同ロータリーキルン中を回転数1〜20rpmの回転数及び排出速度毎分30cmの速さで送り、熱分解して熱分解エステル化澱粉(アセツルタピオカデキストリン)を調製した。また、調製した主剤としてのアセチルタピオカデキストリン50重量部に対し、水を300〜500重量部加えて80℃に加温してゲル化し、コロイド状澱粉を調製した。そして、このコロイド状澱粉に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、高速攪拌することで、順ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アセチルタピオカデキストリンの分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。
Example 23
Example 23 is an example corresponding to the twenty-third embodiment. In Example 23, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of a polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and A part by weight was prepared. Next, 20 parts by weight of acetic anhydride is added to 1 part by weight of tapioca starch and heated at a heating temperature of 100 ° C. for 12 hours to esterify the hydroxyl group of tapioca starch, and then washed and dried to obtain acetyl tapioca starch. Was prepared. Moreover, the prepared acetyl tapioca starch is charged into a rotary kiln (made by KS Material) having a length of 1 m and a diameter of 0.2 m heated to 180 ° C., and the rotary kiln is rotated at a rotation speed of 1 to 20 rpm and a discharge speed per minute. Pyrolysis esterified starch (acetulapiocadextrin) was prepared by feeding at a speed of 30 cm and pyrolyzing. Moreover, 300-500 weight part of water was added with respect to 50 weight part of acetyl tapioca dextrin as a main ingredient prepared, and it heated and gelatinized at 80 degreeC, and prepared the colloidal starch. Then, the one-part curable plastic binder composition in which the emulsion of a normal micelle structure is stably produced by mixing the colloidal starch with 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent and stirring at high speed. Was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of acetyl tapioca dextrin were cross-linked with polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly.
一方、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を70重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを120重量部調製した。次に、このブロックイソシアネート120重量部に対して主剤としてのアセチルタピオカデキストリンを50重量部加えて攪拌し、更に、この混合物に対して水を1〜500重量部加えて低速攪拌することで、逆ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アセチルタピオカデキストリンの分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。上記いずれの場合も、反応式は上記式(3)で表される。 On the other hand, 70 parts by weight of a blocking agent is added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI are mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block isocyanate groups, and 120 parts by weight of blocked isocyanate is prepared. did. Next, 50 parts by weight of acetyl tapioca dextrin as the main agent is added to 120 parts by weight of this blocked isocyanate and stirred. Further, 1 to 500 parts by weight of water is added to this mixture and the mixture is stirred at a low speed. A one-part curable plastic binder composition in which a micelle emulsion was stably produced was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of acetyl tapioca dextrin were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. In any of the above cases, the reaction formula is represented by the above formula (3).
実施の形態24
実施の形態24に係る1液型水性硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態24に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態17において、主剤としての澱粉として、実施の形態8と同様のアモルファスエステル化澱粉を使用したものである。即ち、実施の形態24では、澱粉として、天然澱粉の水酸基をエステル化処理したエステル化澱粉を衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化してその水酸基を活性化したアモルファスエステル化澱粉を使用し、このアモルファスエステル化澱粉をゾル化またはゲル化してコロイド状澱粉を調製し、前記ブロックイソシアネートと混合してエマルジョン化することにより1液型としている。なお、実施の形態24におけるエステル化澱粉の調製は、上記実施の形態21におけるエステル化澱粉の調製と同様にして行うことができ、無水酢酸等に対するタピオカ澱粉等の澱粉の配合比は、実施の形態8の場合より1オーダー(1桁)程度以上少なくする。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態17と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態17と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記アモルファスエステル化澱粉の澱粉分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態24に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図30に示す。図30に示すように、実施の形態24では、ゾル化またはゲル化したアモルファスエステル化澱粉粒の一般構造を示す小房状のサブユニットとブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがユニットの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 24
The one-component water-based curable plastic binder composition and the cured product thereof according to Embodiment 24 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 24 uses the same amorphous esterified starch as in Embodiment 8 as the starch as the main agent in Embodiment 17. That is, in Embodiment 24, as the starch, the esterified starch obtained by esterifying the hydroxyl group of natural starch is impact-pulverized to destroy the crystal structure, thereby activating the hydroxyl group and activating the hydroxyl group. A starch is used, and this amorphous esterified starch is made into a sol or gel to prepare a colloidal starch, which is mixed with the blocked isocyanate and emulsified to form a one-pack type. The preparation of the esterified starch in the embodiment 24 can be performed in the same manner as the preparation of the esterified starch in the embodiment 21, and the mixing ratio of the starch such as tapioca starch to the acetic anhydride or the like is Compared to the case of Form 8, it is reduced by one order (one digit) or more. Such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the seventeenth embodiment, whereby the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the seventeenth embodiment. The group is unblocked and the polyisocyanate is activated to crosslink the starch molecules of the amorphous esterified starch. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 24 is shown in FIG. As shown in FIG. 30, in Embodiment 24, small subunits showing the general structure of sol-form or gelled amorphous esterified starch granules and blocked isocyanate (liquid) are mixed and dispersed, and the blocking agent is used. The polyisocyanate crosslinks between the active hydroxyl groups of the unit by coming off. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例24
実施例24は、実施の形態24に対応する実施例である。実施例24では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、タピオカ澱粉1重量部に対し、無水酢酸20重量部を加えて100℃の加熱温度で12時間加熱することにより、タピオカ澱粉の水酸基をエステル化し、その後洗浄乾燥することで、アセチルタピオカ澱粉を調製した。また、乾式ボールミル(東海クレー工業製1.2t)に、調製したアセチルタピオカ澱粉を投入すると共にアルミナボール(径10〜100mm)を1t〜3tの範囲の量で投入し、同乾式ボールミルを30〜100rpmの回転数で4〜8時間運転し、アセチルタピオカ澱粉を衝撃粉砕してアモルファスアセチルタピオカ澱粉を調製した。また、調製した主剤としてのアモルファスアセチルタピオカ澱粉50重量部に対し、水を300〜500重量部加えて80℃に加温してゲル化し、コロイド状澱粉を調製した。そして、このコロイド状澱粉に対し、硬化剤として前記90重量部のブロックイソシアネートを混合し、高速攪拌することで、順ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アモルファスアセチルタピオカ澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。
Example 24
Example 24 is an example corresponding to the twenty-fourth embodiment. In Example 24, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, 20 parts by weight of acetic anhydride is added to 1 part by weight of tapioca starch and heated at a heating temperature of 100 ° C. for 12 hours to esterify the hydroxyl group of tapioca starch, and then washed and dried to obtain acetyl tapioca starch. Was prepared. In addition, the prepared acetyl tapioca starch is introduced into a dry ball mill (1.2 ton made by Tokai Clay Industry) and alumina balls (diameter 10 to 100 mm) are introduced in an amount ranging from 1 t to 3 t. It was operated at a rotation speed of 100 rpm for 4 to 8 hours, and acetyl tapioca starch was impact pulverized to prepare amorphous acetyl tapioca starch. Moreover, 300-500 weight part of water was added with respect to 50 weight part of amorphous acetyl tapioca starch as a main ingredient prepared, and it heated and gelatinized at 80 degreeC, and prepared the colloidal starch. Then, the one-part curable plastic binder composition in which the emulsion of a normal micelle structure is stably produced by mixing the colloidal starch with 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent and stirring at high speed. Was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. Thereby, the molecule | numerator of amorphous acetyl tapioca starch was bridge | crosslinked by the polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly.
一方、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を70重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを120重量部調製した。次に、このブロックイソシアネート120重量部に対して主剤としてのアモルファスアセチルタピオカ澱粉を50重量部加えて攪拌し、更に、この混合物に対して水を1〜500重量部加えて低速攪拌することで、逆ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、アモルファスアセチルタピオカ澱粉の分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。上記いずれの場合も、反応式は上記式(3)で表される。 On the other hand, 70 parts by weight of a blocking agent is added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI are mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block isocyanate groups, and 120 parts by weight of blocked isocyanate is prepared. did. Next, 50 parts by weight of amorphous acetyl tapioca starch as a main ingredient is added to 120 parts by weight of this blocked isocyanate and stirred, and further, 1 to 500 parts by weight of water is added to this mixture and stirred at a low speed. A one-part curable plastic binder composition in which an emulsion having a reverse micelle structure was stably produced was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. Thereby, the molecule | numerator of amorphous acetyl tapioca starch was bridge | crosslinked by the polyisocyanate, the urethane bond was carried out, and hardening advanced rapidly. In any of the above cases, the reaction formula is represented by the above formula (3).
ところで、上記実施の形態17〜24に対応する実施例17〜24において、主剤としての各種澱粉はゲル状に調製されているが、これはゾル状の段階を経て時間の経過と共にゲル状となることを意味し、かかるゲル状の澱粉を攪拌等すれば再度ゾル状となる。 By the way, in Examples 17-24 corresponding to the above-described Embodiments 17-24, various starches as the main agent are prepared in a gel form, but this becomes a gel form over time through a sol-like stage. This means that if the gelled starch is stirred, it becomes sol again.
また、上記実施の形態17〜23において、ゾル状またはゲル状の澱粉(コロイド状澱粉)は、PHを5〜9の範囲とするよう調製することが好ましい。こうすると、澱粉ゲルまたは澱粉ゾル(コロイド状澱粉)をより一層安定化することができる。 Moreover, in the said Embodiment 17-23, it is preferable to prepare sol-form or gel-form starch (colloidal starch) so that PH may be set to the range of 5-9. In this way, the starch gel or starch sol (colloidal starch) can be further stabilized.
更に、上記実施の形態17〜23のようにゾル状またはゲル状の澱粉(コロイド状澱粉)を主剤として使用する場合も、ブロックイソシアネートのブロック剤としてはケトオキシム系ブロック剤等のオキシム系ブロック剤を使用することが好ましい。こうすると、ブロックイソシアネート(液体)とコロイド状澱粉とのエマルジョン化をより一層に円滑に行い、安定した均一分散を図ることができる。 Further, when sol- or gel-like starch (colloidal starch) is used as a main agent as in the above-described Embodiments 17 to 23, an oxime-based blocking agent such as a ketoxime-based blocking agent is used as the blocked isocyanate blocking agent It is preferable to use it. In this way, the emulsification of the blocked isocyanate (liquid) and the colloidal starch can be performed more smoothly and stable and uniform dispersion can be achieved.
実施の形態25
実施の形態25に係る硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態25に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、主剤としてのセルロースと、硬化剤乃至架橋剤としてのポリイソシアネートとからなる固体(澱粉)+液体(ポリイソシアネート)タイプ、即ち、固液型の常温または熱硬化性バイオプラスチックバインダー組成物である。本発明のセルロースとしては、セルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を天然セルロース等の非活性化セルロースより増加した活性化セルロースを使用する。即ち、天然セルロース等の非活性化セルロースは、各セルロース分子のアミロース単位ごとに3個の水酸基を有するが、そのうちの1個のみが活性水酸基であり、残りの2個は(水素結合や立体障害等により活性を失った)非活性水酸基となっている。よって、天然セルロース等の非活性化セルロースは、セルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合が、通常のままでは、約1/3となっている。これに対し、本発明は、主剤としてのセルロースとして、非活性化セルロースを、物理変性、化学変性、または化学変性と物理変性との組合せにより活性化することにより、セルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を非活性化セルロースの場合(1/3)より増加したセルロース(本出願書類中において「活性化セルロース」という)を使用する。具体的には、本発明は、主剤として、活性化セルロースにおける当該活性水酸基の割合を1/2以上とした活性化セルロースを使用する。なお、その限りにおいて、本発明の活性化セルロースとしては、天然セルロース、天然セルロースを化学変性したセルロース誘導体等、セルロース誘導体を更に物理変性したもの等、任意のセルロースを使用することができる。また、現状では、セルロースは自然界に存在する天然澱粉しかないが、化学合成により同等の組成とされた合成セルロース(変性セルロースではない)が生成できる場合、かかる合成セルロースもセルロースとして使用することができる。ここで、セルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合は、正確に測定することは難しいが、上記澱粉の場合と同様に、主剤としてのセルロースと硬化剤としてのポリイソシアネートとを混合して反応させた場合の反応率を比較することにより、活性水酸基の割合を推定することができる。
Embodiment 25
A curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 25 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 25 is a solid (starch) + liquid (polyisocyanate) type, ie, a solid-liquid type, composed of cellulose as a main agent and polyisocyanate as a curing agent or a crosslinking agent. It is a room temperature or thermosetting bioplastic binder composition. As the cellulose of the present invention, activated cellulose is used in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface is increased from that of non-activated cellulose such as natural cellulose. That is, non-activated cellulose such as natural cellulose has three hydroxyl groups for each amylose unit of each cellulose molecule, but only one of them is an active hydroxyl group, and the remaining two are (hydrogen bonds and steric hindrances). It is an inactive hydroxyl group that has lost its activity due to, for example. Therefore, in the non-activated cellulose such as natural cellulose, the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface is about 1/3 as usual. On the other hand, the present invention activates non-activated cellulose as a cellulose as a main agent by physical modification, chemical modification, or a combination of chemical modification and physical modification, thereby increasing the activity in the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface. A cellulose (referred to as “activated cellulose” in the present application document) in which the ratio of the number of hydroxyl groups is increased from the case of non-activated cellulose (1/3) is used. Specifically, the present invention uses activated cellulose in which the ratio of the active hydroxyl group in the activated cellulose is ½ or more as the main agent. In addition, as long as the activated cellulose of the present invention is used, any cellulose such as natural cellulose, a cellulose derivative obtained by chemically modifying natural cellulose, or a cellulose derivative obtained by further physical modification can be used. Moreover, at present, cellulose is only natural starch that exists in nature, but if synthetic cellulose (not modified cellulose) having an equivalent composition by chemical synthesis can be produced, such synthetic cellulose can also be used as cellulose. . Here, the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface is difficult to measure accurately, but as in the case of the above starch, cellulose as a main agent and polyisocyanate as a curing agent are mixed. The ratio of active hydroxyl groups can be estimated by comparing the reaction rates when reacted.
以下、本発明で使用する主剤としてのセルロースについて説明する。セルロースは、Dグルコース残基がβ−1,4グリコシド結合により直鎖状に連結した重合体(多糖類)で、セロビオースユニットを1単位とする鎖状高分子である。天然セルロースは、植物の細胞壁に多く含まれ、重合度及び平均分子量は植物種により異なるが、木綿や麻では重合度約2千〜3千、平均分子量約30万〜50万である。以下に、セルロース分子の一般構造式(部分式)を示す。
セルロースのグルコース単位(グルコース残基)は、C(2)位、C(3)位及びC(6)位にヒドロキシ基(水酸基)を有し、2位及び3位の水酸基は二級水酸基、6位の水酸基は一級水酸基となっている。また、セルロース分子の一方の末端のC(1)位の水酸基は還元性を示す還元性末端基であり、他方の末端のC(4)位の水酸基は還元性を示さない非還元性末端基である。セルロース中のグルコース残基の水酸基は赤道結合をする一方、炭素原子と水素原子とは軸結合しているため、セルロース分子鎖は、疎水性及び親水性のサイトを有している。また、セルロース分子は、分子内水素結合のみならず、水酸基間に分子間水素結合を形成する。したがって、セルロース分子は、分子内の水素結合がO3−05間で形成された剛直な板状分子であり、隣接するセルロース分子が更に水酸基による分子間水素結合で結合する層状構造を形成している。このため、セルロースは水には殆ど不溶となる。このように、セルロースは、活性を有するヒドロキシル基(活性水酸基)の官能性が阻害されるため、通常の天然セルロースのままでは、硬化剤乃至架橋剤としてのポリイソシアネートのイソシアネート基(N=C=O)と反応する活性水酸基の数が十分でなく、特に常温等での反応性乃至硬化性の点で十分ではない。 The glucose unit (glucose residue) of cellulose has a hydroxy group (hydroxyl group) at the C (2) position, C (3) position and C (6) position, and the hydroxyl groups at the 2nd and 3rd positions are secondary hydroxyl groups, The hydroxyl group at the 6-position is a primary hydroxyl group. In addition, the hydroxyl group at the C (1) position at one end of the cellulose molecule is a reducing end group exhibiting reducibility, and the hydroxyl group at the C (4) position at the other end is a non-reducing end group that does not exhibit reducibility. It is. While the hydroxyl group of the glucose residue in cellulose has an equator bond, while the carbon atom and the hydrogen atom are axially bonded, the cellulose molecular chain has hydrophobic and hydrophilic sites. Cellulose molecules form not only intramolecular hydrogen bonds but also intermolecular hydrogen bonds between hydroxyl groups. Therefore, the cellulose molecule is a rigid plate-like molecule in which hydrogen bonds in the molecule are formed between O3-05, and forms a layered structure in which adjacent cellulose molecules are further bonded by intermolecular hydrogen bonds due to hydroxyl groups. . For this reason, cellulose is almost insoluble in water. Thus, since the functionality of the hydroxyl group (active hydroxyl group) which has activity is inhibited in the cellulose, the isocyanate group (N = C = The number of active hydroxyl groups that react with O) is not sufficient, particularly in terms of reactivity or curability at room temperature or the like.
そこで、本発明者らは、物理的変性や化学的変性により通常の天然セルロースの分子間の水素結合を開放することにより、セルロース表面における活性水酸基数の割合を全水酸基数の1/2以上となるように改善している。即ち、実施の形態25及び以降の実施の形態26〜30のセルロースは、セルロース表面の活性水酸基数がセルロース表面の全水酸基数の1/2以上の割合となるように調製したセルロースである。ここで、実施の形態25では、セルロース表面の活性水酸基数がセルロース表面の全水酸基数の1/2以上の割合となるように、化学変性等により調製した活性化セルロースを使用することが好ましいが、セルロース表面の活性水酸基数がセルロース表面の全水酸基数の1/2以上の割合となる天然セルロースを選択的に使用することも可能である。 Therefore, the present inventors have released the hydrogen bond between the molecules of normal natural cellulose by physical modification or chemical modification, so that the ratio of the number of active hydroxyl groups on the cellulose surface is 1/2 or more of the total number of hydroxyl groups. It has been improved to become. That is, the cellulose of the embodiment 25 and the following embodiments 26 to 30 is a cellulose prepared so that the number of active hydroxyl groups on the cellulose surface becomes a ratio of 1/2 or more of the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface. Here, in Embodiment 25, it is preferable to use activated cellulose prepared by chemical modification or the like so that the number of active hydroxyl groups on the cellulose surface is at least a half of the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface. It is also possible to selectively use natural cellulose in which the number of active hydroxyl groups on the cellulose surface is a ratio of 1/2 or more of the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface.
上記セルロースの水酸基と反応してセルロース分子を架橋するポリイソシアネートとしては、上記実施の形態1で述べたようなポリイソシアネート(TDI,MDI等)を使用することができる。 As the polyisocyanate that reacts with the hydroxyl group of the cellulose to crosslink the cellulose molecule, the polyisocyanate (TDI, MDI, etc.) described in the first embodiment can be used.
上記のように構成した実施の形態25に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、前記活性化セルロースを主剤とし、ポリイソシアネートを硬化剤として混合することにより硬化する。例えば、セルロースとしての木粉の所定重量部に対し、ポリイソシアネートとしてTDI及びMDIを1対1の割合で混合した混合物を前記セルロースと同一重量部だけ加えて混合する。すると、セルロース表面の複数の活性水酸基(OH)がポリイソシアネートのイソシアネート基(NCO)と常温でウレタン結合(NHCOO)することで、セルロース分子またはセルロースミクロフィブリル(MF)間がポリイソシアネートにより架橋され、3次元網目構造を形成して硬化する。この状態から更に加熱すると、セルロース表面の水酸基が更に活性化されることで上記ウレタン結合反応が一層促進され、最終的な硬化物としての硬化性樹脂成形物を迅速かつ効率的に生成する。なお、このときの加熱温度は、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば150℃とすることができる。なお、実施の形態25に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図31に示す。図31に示すように、実施の形態25では、セルロース(結晶)の一般構造(繊維)の活性水酸基間を、ポリイソシアネート(液体)が架橋している。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。 The curable plastic binder composition according to Embodiment 25 configured as described above is cured by mixing the activated cellulose as a main component and polyisocyanate as a curing agent. For example, a mixture obtained by mixing TDI and MDI as a polyisocyanate at a ratio of 1: 1 with respect to a predetermined part by weight of wood flour as cellulose is added in the same weight part as the cellulose and mixed. Then, a plurality of active hydroxyl groups (OH) on the cellulose surface is urethane-bonded (NHCOO) with the isocyanate group (NCO) of the polyisocyanate at room temperature, whereby the cellulose molecules or the cellulose microfibrils (MF) are cross-linked by the polyisocyanate, A three-dimensional network structure is formed and cured. When further heated from this state, the hydroxyl group on the cellulose surface is further activated, whereby the urethane bond reaction is further promoted, and a curable resin molded product as a final cured product is quickly and efficiently produced. In addition, the heating temperature at this time shall be the range of 100 degreeC or more and 200 degreeC, for example, can be 150 degreeC. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 25 is shown in FIG. As shown in FIG. 31, in Embodiment 25, a polyisocyanate (liquid) is crosslinked between active hydroxyl groups of a general structure (fiber) of cellulose (crystal). In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例25
実施例25は、実施の形態25に対応する実施例である。実施例25では、主剤としての木粉50重量部に対し、硬化剤としてTDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネートを50重量部加えて混合し、150℃で加熱した。これにより、木粉のセルロース分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式は次式(4)で表される。
2 Cel-OH + OCN-R-NCO → Cel-O-OCHN-R-NHCO-O-Cel ・・・(4)
なお、式中「Cel」はセルロース分子(Cellulose)を示す。
Example 25
Example 25 is an example corresponding to the twenty-fifth embodiment. In Example 25, 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) as a curing agent was added to 50 parts by weight of wood flour as a main agent, and mixed. Heated at ° C. As a result, the cellulose molecules in the wood flour were cross-linked with polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is represented by the following formula (4).
2 Cel-OH + OCN-R-NCO → Cel-O-OCHN-R-NHCO-O-Cel (4)
In the formula, “Cel” represents a cellulose molecule (Cellulose).
実施の形態26
実施の形態26に係る固液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態26に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態25において、主剤としてのセルロースとして、セルロースをエーテル化処理したセルロース誘導体としてのエーテル化セルロースを使用したものである。具体的には、主剤としてのエーテル化セルロースは、天然セルロースの水酸基をエーテル化処理することによりその水酸基を活性化して、セルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたセルロース誘導体である。かかるエーテル化(R'')セルロースとしては、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC:−CH2COONa)、メチルセルロース(MC:−CH3)、エチルセルロース(EC:−CH2CH3)、シアノエチルセルロース(CyEC:CH2CH2CN)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC:−CH2CH2OH)等のヒドロキシアルキルセルロースとその誘導体、Cellulose−(CH2)2OH、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等を使用することができる。このように、天然セルロースの水酸基をエーテル化処理することにより、セルロース表面の活性水酸基数を増加したエステル化セルロースが生成される。実施の形態26に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、かかるエステル化セルロースを主剤とし、実施の形態1と同様のポリイソシアネートを硬化剤として混合することにより硬化する。例えば、セルロースとしての木粉に対し、NaOH、イソプロパノール及び水を加えて攪拌し、更にモノクロル酢酸ソーダを加えて所定温度で所定時間反応させることにより、粗カルボキシメチルセルロースを調製する。更に、粗カルボキシメチルセルロースにNaCl、グリコール酸、水、イソピロパノールを加えてろ過することによりカルボキシメチルセルロースを調製する。前記所定温度及び所定時間としては、例えば、70〜80℃の温度範囲で2時間程度の時間とすることができる。そして、このエーテル化セルロースの所定重量部に対し、ポリイソシアネートとしてTDI及びMDIを1対1の割合で混合した混合物を前記エーテル化セルロースと同一重量部だけ加えて混合し所定加熱温度で加熱する。すると、実施の形態25と同様にして、エーテル化セルロース表面の複数の活性水酸基とポリイソシアネートとがウレタン結合し、三次元網目構造を形成して硬化する。このとき、エーテル化セルロースは、通常の天然セルロースに較べて活性水酸基数が多く反応性が高い。このときの加熱温度は実施の形態25と同様、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば150℃とすることができる。なお、実施の形態26に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図32に示す。図32に示すように、実施の形態26では、エーテル化セルロース(結晶)の一般構造(繊維)の活性水酸基間を、ポリイソシアネート(液体)が架橋している。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 26
A solid-liquid curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 26 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 26 uses, in Embodiment 25, etherified cellulose as a cellulose derivative obtained by etherifying cellulose as cellulose as the main agent. Specifically, the etherified cellulose as the main agent activates the hydroxyl groups by etherifying the hydroxyl groups of natural cellulose, and the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface is ½ or more. It is a cellulose derivative. Examples of the etherified (R ″) cellulose include carboxymethyl cellulose (CMC: —CH 2 COONa), methyl cellulose (MC: —CH 3 ), ethyl cellulose (EC: —CH 2 CH 3 ), cyanoethyl cellulose (CyEC: It is possible to use hydroxyalkyl cellulose and derivatives thereof such as CH 2 CH 2 CN) and hydroxyethyl cellulose (HEC: —CH 2 CH 2 OH), Cellulose- (CH 2 ) 2 OH, ethyl hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose and the like. it can. Thus, the esterification cellulose which increased the number of active hydroxyl groups of the cellulose surface by etherifying the hydroxyl group of a natural cellulose is produced | generated. The curable plastic binder composition according to Embodiment 26 is cured by mixing such esterified cellulose as a main agent and the same polyisocyanate as in Embodiment 1 as a curing agent. For example, crude carboxymethylcellulose is prepared by adding NaOH, isopropanol and water to wood flour as cellulose and stirring, and further adding sodium monochloroacetate and reacting at a predetermined temperature for a predetermined time. Further, carboxymethylcellulose is prepared by adding NaCl, glycolic acid, water and isopropylopanol to the crude carboxymethylcellulose and filtering. As the said predetermined temperature and predetermined time, it can be set as about 2 hours in the temperature range of 70-80 degreeC, for example. Then, with respect to a predetermined part by weight of the etherified cellulose, a mixture obtained by mixing TDI and MDI as a polyisocyanate at a ratio of 1: 1 is added to the same part by weight as the etherified cellulose, and the mixture is heated at a predetermined heating temperature. Then, in the same manner as in Embodiment 25, a plurality of active hydroxyl groups on the surface of etherified cellulose and polyisocyanate are bonded by urethane to form a three-dimensional network structure and harden. At this time, etherified cellulose has a higher number of active hydroxyl groups and higher reactivity than ordinary natural cellulose. The heating temperature at this time is in the range from 100 ° C. to 200 ° C., for example, 150 ° C., as in the case of the twenty-fifth embodiment. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 26 is shown in FIG. As shown in FIG. 32, in Embodiment 26, polyisocyanate (liquid) is crosslinked between active hydroxyl groups of the general structure (fiber) of etherified cellulose (crystal). In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例26
実施例26は、実施の形態26に対応する実施例である。実施例26では、主剤であるセルロースとしての木粉に対し、NaOH、イソプロパノール及び水を加えて攪拌し、この混合物に更にモノクロル酢酸ソーダを加えて70〜80℃の温度で2時間反応させることにより、粗カルボキシメチルセルロースを調製した。また、調製した粗カルボキシメチルセルロースにNaCl、グリコール酸、水、イソピロパノールを加えてろ過することにより、カルボキシメチルセルロースを調製した。そして、調製した主剤としてのカルボキシメチルセルロース50重量部に対し、硬化剤としてTDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したものを50重量部加えて混合し、150℃で加熱した。これにより、カルボキシメチルセルロースの分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(4)で表される。実施例26では、主剤にカルボキシメチルセルロースを使用した硬化性バイオプラスチックバインダーと、主剤に木粉を使用した硬化性バイオプラスチックバインダーとについて、常温硬化したときのウレタン結合の結合振動(反応率)をフーリエ変換赤外分光装置(日本分光製FT/IR−6100))により測定した。その結果を図33に示す。反応率は熱硬化したものを100%として求めた。図33に示すように、エステル化により水酸基の活性が上がり、反応率が増大したことがわかる。
Example 26
Example 26 is an example corresponding to the twenty-sixth embodiment. In Example 26, NaOH, isopropanol and water were added to the wood flour as cellulose as the main agent and stirred, and sodium monochloroacetate was further added to this mixture and reacted at a temperature of 70 to 80 ° C. for 2 hours. A crude carboxymethyl cellulose was prepared. In addition, carboxymethyl cellulose was prepared by adding NaCl, glycolic acid, water and isopropylopanol to the prepared crude carboxymethyl cellulose and filtering. Then, 50 parts by weight of a mixture of TDI and MDI in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) as a curing agent is added to 50 parts by weight of carboxymethylcellulose as the main agent prepared, and mixed at 150 ° C. Heated. As a result, the molecules of carboxymethyl cellulose were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the above formula (4). In Example 26, for the curable bioplastic binder using carboxymethylcellulose as the main agent and the curable bioplastic binder using wood flour as the main agent, the bond vibration (reaction rate) of the urethane bond when cured at room temperature is Fourier transformed. This was measured by a conversion infrared spectrometer (FT / IR-6100 manufactured by JASCO). The result is shown in FIG. The reaction rate was determined with 100% heat cured. As shown in FIG. 33, it can be seen that esterification increased the activity of the hydroxyl group and increased the reaction rate.
実施の形態27
実施の形態27に係る固液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態27に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態25において、主剤としてのセルロースとして、上記実施の形態26のエーテル化セルロースを実施の形態4のアモルファス澱粉(物理的変性澱粉)と同様の方法で更に物理的に変性した活性化セルロースとしてのアモルファスエーテル化セルロースを使用したものである。具体的には、このアモルファスエーテル化セルロースは、天然セルロースの水酸基をエーテル化処理したエーテル化セルロースを衝撃粉砕して結晶構造を破壊することにより、エーテル化セルロース分子間の水素結合を弱め、その水酸基を活性化したものであり、これにより澱粉粒表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたものである。無論、実施の形態27で使用するアモルファスエーテル化セルロースは、実施の形態26のエーテル化セルロースを更に活性化したものであるため、実施の形態26のエーテル化セルロースと比較しても、更に活性水酸基の割合を高めることができ、硬化反応性を更に向上することができる。このように、実施の形態27のようにして天然セルロースの水酸基をエーテル化処理したエーテル化セルロースを、更に、実施の形態4のようにしてアモルファス化することにより、主としてセルロース中の隣り合うαグルコースのC2位とC3位の水酸基間の水素結合が弱まり、水酸基が更に活性化したアモルファスエーテル化セルロースが生成される。
Embodiment 27
A solid-liquid curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 27 will be described. In the curable plastic binder composition according to Embodiment 27, the etherified cellulose of Embodiment 26 described above and the amorphous starch (physically modified starch) of Embodiment 4 are used as cellulose as the main agent in Embodiment 25. Amorphous etherified cellulose as activated cellulose further physically modified by the same method is used. Specifically, this amorphous etherified cellulose weakens the hydrogen bond between etherified cellulose molecules by impact-pulverizing etherified cellulose obtained by etherifying the hydroxyl group of natural cellulose to destroy the crystal structure. As a result, the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules is set to 1/2 or more. Of course, since the amorphous etherified cellulose used in the embodiment 27 is obtained by further activating the etherified cellulose of the embodiment 26, even more active hydroxyl groups than the etherified cellulose of the embodiment 26 Can be increased, and the curing reactivity can be further improved. As described above, the etherified cellulose obtained by etherifying the hydroxyl group of natural cellulose as in the embodiment 27 is further amorphized as in the embodiment 4, so that the adjacent α-glucose in the cellulose is mainly used. Hydrogen bonds between the hydroxyl groups at the C2 and C3 positions of the compound are weakened, and amorphous etherified cellulose in which the hydroxyl groups are further activated is generated.
実施の形態27に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、かかるアモルファスエーテル化セルロースを主剤とし、実施の形態1と同様のポリイソシアネートを硬化剤として混合することにより硬化する。即ち、アモルファスエーテル化セルロース表面の複数の活性水酸基とポリイソシアネートとがウレタン結合し、三次元網目構造を形成して硬化する。このとき、CMC等のアモルファスエーテル化セルロースは、通常の天然セルロースに較べて活性水酸基数が一層多く、また、水溶性で分散性も良いため、反応性が非常に高い。なお、実施の形態27に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図34に示す。図34に示すように、実施の形態27では、アモルファスエーテル化セルロース(非結晶)の一般構造(繊維)の活性水酸基間を、ポリイソシアネート(液体)が架橋している。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。 The curable plastic binder composition according to Embodiment 27 is cured by mixing such amorphous etherified cellulose as a main agent and the same polyisocyanate as in Embodiment 1 as a curing agent. That is, a plurality of active hydroxyl groups on the surface of amorphous etherified cellulose and a polyisocyanate are urethane-bonded to form a three-dimensional network structure and harden. At this time, amorphous etherified cellulose such as CMC has a higher number of active hydroxyl groups than ordinary natural cellulose, and is water-soluble and has good dispersibility, and therefore has very high reactivity. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 27 is shown in FIG. As shown in FIG. 34, in Embodiment 27, polyisocyanate (liquid) is crosslinked between active hydroxyl groups of the general structure (fiber) of amorphous etherified cellulose (non-crystalline). In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施の形態28
実施の形態28に係る1液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態28に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、主剤としてのセルロースと、硬化剤乃至架橋剤としてのブロックイソシアネートとを予め混合した1液型の常温または熱硬化性バイオプラスチックバインダー組成物である。本発明のセルロースとしては、実施の形態25と同様、セルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上とした活性化セルロースを使用する。また、ブロックイソシアネートは、ポリイソシアネートを所定のブロック剤によりブロックした状態で、前記セルロースと混合分散されて安定化している。一方、かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、所定温度以上に加熱することにより、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートのイソシアネート基が活性化して前記セルロースの活性水酸基と結合し、セルロース分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。即ち、硬化性プラスチックバインダー組成物を加熱することで、ブロックイソシアネートのブロック剤が外れてイソシアネート基が活性化され、セルロース表面の複数の活性水酸基がポリイソシアネートのイソシアネート基と(常温となっても)ウレタン結合することで、セルロース分子間がポリイソシアネートにより架橋され、3次元網目構造を形成して硬化し、硬化物としての硬化性樹脂成形物を迅速かつ効率的に生成する。なお、このときの加熱温度は、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば180℃以上とすることができる。なお、実施の形態28に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図35に示す。図35に示すように、実施の形態28では、セルロース(結晶)の一般構造(繊維)とブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがセルロースの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 28.
A one-component curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 28 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 28 is a one-pack type normal temperature or thermosetting bioplastic binder composition in which cellulose as a main agent and block isocyanate as a curing agent or a crosslinking agent are mixed in advance. . As the cellulose of the present invention, activated cellulose having a ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface of ½ or more is used as in the case of Embodiment 25. The blocked isocyanate is stabilized by being mixed and dispersed with the cellulose in a state where the polyisocyanate is blocked with a predetermined blocking agent. On the other hand, when the one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or more, the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated and the isocyanate group is unblocked, and the isocyanate group of the polyisocyanate is activated. It binds to the active hydroxyl group of cellulose and crosslinks cellulose molecules. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. That is, by heating the curable plastic binder composition, the blocking agent of the blocked isocyanate is removed and the isocyanate group is activated, and a plurality of active hydroxyl groups on the cellulose surface are combined with the isocyanate group of the polyisocyanate (even at room temperature). By urethane bonding, cellulose molecules are cross-linked by polyisocyanate, and a three-dimensional network structure is formed and cured, and a curable resin molded product as a cured product is quickly and efficiently generated. In addition, the heating temperature at this time shall be the range of 100 to 200 degreeC, for example, can be 180 degreeC or more. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 28 is shown in FIG. As shown in FIG. 35, in Embodiment 28, the general structure (fiber) of cellulose (crystal) and the blocked isocyanate (liquid) are mixed and dispersed, and the polyisocyanate is bonded between the active hydroxyl groups of cellulose by removing the blocking agent. It is designed to crosslink. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例28
実施例27は、実施の形態28に対応する実施例である。実施例27では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、主剤であるセルロースとしての木粉50重量部に対し、硬化剤として前記ブロックイソシアネートの90重量部を加えて混合し、1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、木粉のセルロース分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式は次式(5)で表される。
BL-OCHN-R-NHCO-BL ⇔ 2 BL + OCN-R-NCO
2 Cel-OH + OCN-R-NCO → Cel-O-OCHN-R-NHCO-O-Cel ・・・(5)
なお、ブロック剤としては、実施の形態9と同様のものを使用することができる。
Example 28
Example 27 is an example corresponding to the twenty-eighth embodiment. In Example 27, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent was added to and mixed with 50 parts by weight of wood flour as cellulose as the main agent to prepare a one-pack type curable plastic binder composition. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the cellulose molecules in the wood flour were cross-linked with polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is represented by the following formula (5).
BL-OCHN-R-NHCO-BL ⇔ 2 BL + OCN-R-NCO
2 Cel-OH + OCN-R-NCO → Cel-O-OCHN-R-NHCO-O-Cel (5)
In addition, as a blocking agent, the same thing as Embodiment 9 can be used.
実施の形態29
実施の形態29に係る1液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態29に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態28において、主剤としてのセルロースとして、実施の形態26と同様のエーテル化セルロースを使用したものである。即ち、実施の形態29では、セルロースとして、天然セルロースの水酸基をエーテル化処理することによりその水酸基を活性化して前記セルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上としたエーテル化セルロースを使用し、このエーテル化セルロースを前記ブロックイソシアネートと混合して1液型としている。かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、上記実施の形態28と同様にして所定温度以上に加熱することにより、上記実施の形態28と同様に、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートが活性化して前記エーテル化セルロースのセルロース分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態29に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図36に示す。図36に示すように、実施の形態29では、エーテル化セルロース(結晶)の一般構造(繊維)とブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがエーテル化セルロースの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 29.
A one-component curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 29 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 29 uses the same etherified cellulose as in Embodiment 26 as cellulose as the main agent in Embodiment 28. That is, in Embodiment 29, as the cellulose, etherification is performed by activating the hydroxyl group of natural cellulose by etherification so that the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface is 1/2 or more. Cellulose is used, and this etherified cellulose is mixed with the blocked isocyanate to form a one-component type. Such a one-pack type curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher in the same manner as in the above-described Embodiment 28, so that the blocked agent of the blocked isocyanate is dissociated as in the above-mentioned Embodiment 28. Unblock the group and activate the polyisocyanate to crosslink the cellulose molecules of the etherified cellulose. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 29 is shown in FIG. As shown in FIG. 36, in Embodiment 29, the general structure (fiber) of etherified cellulose (crystal) and the blocked isocyanate (liquid) are mixed and dispersed, and the polyisocyanate is made of etherified cellulose by removing the blocking agent. The active hydroxyl groups are cross-linked. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例28
実施例28は、実施の形態29に対応する実施例である。実施例28では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、主剤であるセルロースとしての木粉に対し、NaOH、イソプロパノール及び水を加えて攪拌し、この混合物に更にモノクロル酢酸ソーダを加えて70〜80℃の温度で2時間反応させることにより、粗カルボキシメチルセルロースを調製した。また、調製した粗カルボキシメチルセルロースにNaCl、グリコール酸、水、イソピロパノールを加えてろ過することにより、カルボキシメチルセルロースを調製した。そして、調製した主剤としてのカルボキシメチルセルロース50重量部に対し、硬化剤として前記ブロックイソシアネートを90重量部加えて混合し、1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、エーテル化セルロースのセルロース分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。このときの反応式も上記式(5)で表される。
Example 28
Example 28 is an example corresponding to the twenty-ninth embodiment. In Example 28, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of a polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, NaOH, isopropanol and water are added to the wood flour as cellulose, which is the main agent, and the mixture is stirred. Further, sodium monochloroacetate is added to this mixture and reacted at a temperature of 70 to 80 ° C. for 2 hours. Carboxymethylcellulose was prepared. In addition, carboxymethyl cellulose was prepared by adding NaCl, glycolic acid, water and isopropylopanol to the prepared crude carboxymethyl cellulose and filtering. Then, 90 parts by weight of the blocked isocyanate as a curing agent was added to and mixed with 50 parts by weight of carboxymethylcellulose as the main agent thus prepared to prepare a one-component curable plastic binder composition. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the cellulose molecules of the etherified cellulose were cross-linked with the polyisocyanate to form a urethane bond, and the curing proceeded rapidly. The reaction formula at this time is also expressed by the formula (5).
実施の形態30
実施の形態30に係る1液型硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態30に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、実施の形態28において、主剤としてのセルロースとして、上記実施の形態27のアモルファスエーテル化セルロースを使用したものである。実施の形態30に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、かかるアモルファスエーテル化セルロースを主剤とし、実施の形態28と同様のブロックイソシアネートを硬化剤として混合することにより、ブロックイソシアネートが、ポリイソシアネートを所定のブロック剤によりブロックした状態で、前記アモルファスエーテル化セルロースと混合分散されて安定化している。一方、かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、所定温度以上に加熱することにより、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートのイソシアネート基が活性化して前記アモルファスエーテル化セルロースの活性水酸基と結合し、セルロース分子を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化する。なお、実施の形態30に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図37に示す。図37に示すように、実施の形態30では、アモルファスエーテル化セルロース(非結晶)の一般構造(繊維)とブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがアモルファスエーテル化セルロースの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 30
A one-component curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 30 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 30 uses the amorphous etherified cellulose of Embodiment 27 as the cellulose as the main agent in Embodiment 28. The curable plastic binder composition according to the embodiment 30 is mixed with the amorphous etherified cellulose as a main component and the same block isocyanate as that in the embodiment 28 as a curing agent, so that the block isocyanate has a predetermined amount of polyisocyanate. In the state blocked with a blocking agent, it is mixed and dispersed with the amorphous etherified cellulose and stabilized. On the other hand, when the one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or more, the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated and the isocyanate group is unblocked, and the isocyanate group of the polyisocyanate is activated. Bonds with active hydroxyl group of amorphous etherified cellulose to crosslink cellulose molecules. Thereby, the curable plastic binder composition is cured. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 30 is shown in FIG. As shown in FIG. 37, in Embodiment 30, the general structure (fiber) of amorphous etherified cellulose (non-crystalline) and blocked isocyanate (liquid) are mixed and dispersed, and the polyisocyanate is converted into amorphous ether by removing the blocking agent. The activated hydroxyl groups of the fluorinated cellulose are cross-linked. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施の形態31
実施の形態31に係る1液型水性硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態31に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、主剤としてのエステル化セルロースに加水してゾル化またはゲル化したコロイド状セルロースとしてのコロイド状エステル化セルロースと、硬化剤乃至架橋剤としてのブロックイソシアネートとを予め混合した1液型の常温または熱硬化性バイオプラスチックバインダー組成物である。コロイド状エステル化セルロースは、セルロース表面の全水酸基数における活性水酸基数の割合を1/2以上とした主剤としてのエステル化セルロースを加水加熱してゾル化またはゲル化した(ゾル状またはゲル状の)コロイド状をなすものである。また、ブロックイソシアネートは、上記実施の形態9と同様のものであり、ポリイソシアネートを所定のブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状エステル化セルロースと混合分散されて(順ミセル状または逆ミセル状に)エマルジョン化され、安定化している。即ち、実施の形態31では、界面活性剤等の乳化剤乃至分散剤を添加乃至混合しなくても、(通常は疎水性の)ブロックイソシアネートが(ゾル状またはゲル状の)コロイド状エステル化セルロースと順ミセル状のエマルジョンを形成し、ブロックイソシアネートがコロイド状エステル化セルロース内に粒子状に安定的に均一分散したり、逆に、ブロックイソシアネートがコロイド状エステル化セルロースと逆ミセル状のエマルジョンを形成し、コロイド状エステル化セルロースがブロックイソシアネート内に粒子状に安定的に均一分散したりする。これは、セルロースのゾル化またはゲル化により、セルロース分子の水酸基が水素結合することに起因すると考えられる。一方、かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、所定温度以上に加熱することにより、まず、コロイド状エステル化セルロースの水分が蒸発して、セルロースゾルまたはセルロースゲル中の水素結合が開放され、続いて、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートのイソシアネート基が活性化して前記エステル化セルロースの活性水酸基と結合し、セルロース分子間を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化して、最終的な硬化物としての硬化性樹脂成形物を迅速かつ効率的に生成する。なお、このときの加熱温度は、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば180℃以上とすることができる。ここで、ブロック剤としては、特に、オキシム系ブロック剤を使用することが好ましく、この場合、ブロックイソシアネートとコロイド状エステル化セルロースとのエマルジョン化を非常に円滑かつ安定して行うことができる。一方、アルコール系ブロック剤を使用する場合、ブロックイソシアネートとコロイド状エステル化セルロースとのエマルジョン化を安定的に行う点から、エタノール系のものはあまり好ましくなく、上記のようにメタノール系のものを使用することが好ましい。なお、実施の形態31に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図38に示す。図38に示すように、実施の形態31では、エステル化セルロース(結晶)の一般構造(繊維)とブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがエステル化セルロースの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 31
The one-pack type aqueous curable plastic binder composition and the cured product thereof according to Embodiment 31 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 31 includes colloidal esterified cellulose as colloidal cellulose that has been added to esterified cellulose as a main agent to form a sol or gel, and a block as a curing agent or a crosslinking agent. It is a one-component room temperature or thermosetting bioplastic binder composition premixed with isocyanate. Colloidal esterified cellulose is made into a sol or gel by hydrolyzing esterified cellulose as the main agent with the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the cellulose surface being 1/2 or more. ) It is colloidal. The blocked isocyanate is the same as in Embodiment 9 described above, and is mixed and dispersed with the colloidal esterified cellulose in a state where polyisocyanate is blocked with a predetermined blocking agent (forward micelle or reverse micelle). E) Emulsified and stabilized. That is, in Embodiment 31, a block isocyanate (usually hydrophobic) is colloidal esterified cellulose (sol or gel) without adding or mixing an emulsifier or dispersant such as a surfactant. Forms a normal micelle emulsion, and block isocyanate is dispersed in colloidal esterified cellulose in a stable and uniform manner. Conversely, block isocyanate forms colloidal esterified cellulose and reverse micelle emulsion. The colloidal esterified cellulose is stably and uniformly dispersed in the form of particles in the blocked isocyanate. This is thought to be due to the hydrogen bonding of the hydroxyl groups of the cellulose molecules due to the sol or gelation of cellulose. On the other hand, when such a one-pack type curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher, the water in the colloidal esterified cellulose is first evaporated, and hydrogen bonds in the cellulose sol or cellulose gel are released. Subsequently, the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated to unblock the isocyanate group, the isocyanate group of the polyisocyanate is activated and bonded to the active hydroxyl group of the esterified cellulose, and the cellulose molecules are crosslinked. Thereby, a curable plastic binder composition hardens | cures and produces | generates the curable resin molding as a final hardened | cured material rapidly and efficiently. In addition, the heating temperature at this time shall be the range of 100 to 200 degreeC, for example, can be 180 degreeC or more. Here, as the blocking agent, it is particularly preferable to use an oxime blocking agent. In this case, emulsification of blocked isocyanate and colloidal esterified cellulose can be carried out very smoothly and stably. On the other hand, when using alcohol-based blocking agents, ethanol-based ones are less preferred because they can stably emulsify blocked isocyanates and colloidal esterified cellulose. Use methanol-based ones as described above. It is preferable to do. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 31 is shown in FIG. As shown in FIG. 38, in Embodiment 31, the general structure (fiber) of esterified cellulose (crystal) and the blocked isocyanate (liquid) are mixed and dispersed, and the polyisocyanate is mixed with the esterified cellulose by removing the blocking agent. The active hydroxyl groups are cross-linked. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例29
実施例29は、実施の形態31に対応する実施例である。実施例29では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、セルロースとしての木粉に対し、DMF(ジメチルホルムアミド)/SO3(無水硫酸)を加えて0〜30℃の温度で4時間攪拌した後、NaOH、水、メタノールを加えて主剤であるエステル化セルロースとしての硫酸セルロースを調製した。また、調製した硫酸セルロース50重量部に対し、水を300〜500重量部加えて80℃に加温してゲル化し、コロイド状セルロースを調製した。そして、このコロイド状セルロースに硬化剤として前記ブロックイソシアネートの90重量部を加えて混合し、高速攪拌することで、順ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、硫酸セルロースの分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。
Example 29
Example 29 is an example corresponding to Embodiment 31. In Example 29, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and 90 parts of blocked isocyanate was added. A part by weight was prepared. Next, after adding DMF (dimethylformamide) / SO 3 (anhydrous sulfuric acid) to the wood flour as cellulose and stirring at a temperature of 0 to 30 ° C. for 4 hours, NaOH, water and methanol are added to form a main agent. Cellulose sulfate as esterified cellulose was prepared. Moreover, 300-500 weight part of water was added with respect to 50 weight part of prepared cellulose sulfate, and it heated and gelatinized at 80 degreeC, and prepared the colloidal cellulose. Then, 90 parts by weight of the blocked isocyanate is added to the colloidal cellulose as a curing agent, mixed, and stirred at a high speed, whereby a one-component curable plastic binder composition in which a forward micelle structure emulsion is stably generated. Was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. Thereby, the molecules of cellulose sulfate were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly.
一方、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を70重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを120重量部調製した。次に、このブロックイソシアネート120重量部に対して主剤としての硫酸セルロースを50重量部加えて攪拌し、更に、この混合物に対して水を1〜500重量部加えて低速攪拌することで、逆ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、硫酸セルロースの分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。 On the other hand, 70 parts by weight of a blocking agent is added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI are mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block isocyanate groups, and 120 parts by weight of blocked isocyanate is prepared. did. Next, 50 parts by weight of cellulose sulfate as a main ingredient is added to 120 parts by weight of the blocked isocyanate and stirred, and further, 1 to 500 parts by weight of water is added to the mixture and the mixture is stirred at a low speed, thereby reverse micelles. A one-part curable plastic binder composition in which an emulsion having a structure was stably produced was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. Thereby, the molecules of cellulose sulfate were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and the curing proceeded rapidly.
上記いずれの場合も、反応式は次式(6)で表される。
Cel-OH----H2O → Cel-OH + H2O↑
BL-OCHN-R-NHCO-BL ⇔ 2 BL + OCN-R-NCO
2 Cel-OH + OCN-R-NCO → Cel-O-OCHN-R-NHCO-O-Cel ・・・(6)
In any of the above cases, the reaction formula is represented by the following formula (6).
Cel-OH ---- H 2 O → Cel-OH + H 2 O ↑
BL-OCHN-R-NHCO-BL ⇔ 2 BL + OCN-R-NCO
2 Cel-OH + OCN-R-NCO → Cel-O-OCHN-R-NHCO-O-Cel (6)
実施の形態32
実施の形態32に係る1液型水性硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態31に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、主剤としてのエーテル化セルロースに加水してゾル化またはゲル化したコロイド状セルロースとしてのコロイド状エーテル化セルロースと、硬化剤乃至架橋剤としてのブロックイソシアネートとを予め混合した1液型の常温または熱硬化性バイオプラスチックバインダー組成物である。コロイド状エーテル化セルロースは、実施の形態27のエーテル化セルロースを加水加熱してゾル化またはゲル化した(ゾル状またはゲル状の)コロイド状をなすものとすることができる。また、ブロックイソシアネートは、上記実施の形態9と同様のものであり、ポリイソシアネートを所定のブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状エーテル化セルロースと混合分散されて(順ミセル状または逆ミセル状に)エマルジョン化され、安定化している。即ち、実施の形態32では、界面活性剤等の乳化剤乃至分散剤を添加乃至混合しなくても、(通常は疎水性の)ブロックイソシアネートが(ゾル状またはゲル状の)コロイド状エーテル化セルロースと順ミセル状のエマルジョンを形成し、ブロックイソシアネートがコロイド状エーテル化セルロース内に粒子状に安定的に均一分散したり、逆に、ブロックイソシアネートがコロイド状エーテル化セルロースと逆ミセル状のエマルジョンを形成し、コロイド状エーテル化セルロースがブロックイソシアネート内に粒子状に安定的に均一分散したりする。一方、かかる1液型の硬化性プラスチックバインダー組成物は、所定温度以上に加熱することにより、まず、コロイド状エーテル化セルロースの水分が蒸発して、セルロースゾルまたはセルロースゲル中の水素結合が開放され、続いて、ブロックイソシアネートのブロック剤が解離してイソシアネート基のブロックを外し、ポリイソシアネートのイソシアネート基が活性化して前記エーテル化セルロースの活性水酸基と結合し、セルロース分子間を架橋する。これにより、硬化性プラスチックバインダー組成物が硬化して、最終的な硬化物としての硬化性樹脂成形物を迅速かつ効率的に生成する。なお、このときの加熱温度は、100℃以上200℃までの範囲とし、例えば180℃以上とすることができる。ここで、ブロック剤としては、特に、オキシム系ブロック剤を使用することが好ましく、この場合、ブロックイソシアネートとコロイド状エステル化セルロースとのエマルジョン化を非常に円滑かつ安定して行うことができる。一方、アルコール系ブロック剤を使用する場合、ブロックイソシアネートとコロイド状エステル化セルロースとのエマルジョン化を安定的に行う点から、エタノール系のものはあまり好ましくなく、上記のようにメタノール系のものを使用することが好ましい。なお、実施の形態32に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図39に示す。図39に示すように、実施の形態32では、エーテル化セルロース(結晶)の一般構造(繊維)とブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがエーテル化セルロースの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 32.
A one-component aqueous curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 32 will be described. The curable plastic binder composition according to Embodiment 31 includes colloidal etherified cellulose as colloidal cellulose hydrated or gelated with etherified cellulose as the main agent, and a block as a curing agent or a crosslinking agent It is a one-component room temperature or thermosetting bioplastic binder composition premixed with isocyanate. The colloidal etherified cellulose may be in the form of a sol or gel (sol or gel) colloid obtained by hydrothermally heating the etherified cellulose of Embodiment 27. Further, the blocked isocyanate is the same as in Embodiment 9 described above, and is mixed and dispersed with the colloidal etherified cellulose in a state where the polyisocyanate is blocked with a predetermined blocking agent (forward micelle or reverse micelle). E) Emulsified and stabilized. That is, in Embodiment 32, the (usually hydrophobic) blocked isocyanate is mixed with the colloidal etherified cellulose (sol or gel) without adding or mixing an emulsifier or dispersant such as a surfactant. Forms a normal micelle emulsion, and blocked isocyanate is dispersed uniformly and uniformly in colloidal etherified cellulose. Conversely, blocked isocyanate forms a reverse micelle emulsion with colloidal etherified cellulose. The colloidal etherified cellulose is stably and uniformly dispersed in the form of particles in the blocked isocyanate. On the other hand, when such a one-component curable plastic binder composition is heated to a predetermined temperature or higher, the water content of the colloidal etherified cellulose is first evaporated, and hydrogen bonds in the cellulose sol or cellulose gel are released. Subsequently, the blocking agent of the blocked isocyanate is dissociated to unblock the isocyanate group, the isocyanate group of the polyisocyanate is activated and bonded to the active hydroxyl group of the etherified cellulose, and the cellulose molecules are crosslinked. Thereby, a curable plastic binder composition hardens | cures and produces | generates the curable resin molding as a final hardened | cured material rapidly and efficiently. In addition, the heating temperature at this time shall be the range of 100 to 200 degreeC, for example, can be 180 degreeC or more. Here, as the blocking agent, it is particularly preferable to use an oxime blocking agent. In this case, emulsification of blocked isocyanate and colloidal esterified cellulose can be carried out very smoothly and stably. On the other hand, when using alcohol-based blocking agents, ethanol-based ones are less preferred because they can stably emulsify blocked isocyanates and colloidal esterified cellulose. Use methanol-based ones as described above. It is preferable to do. A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 32 is shown in FIG. As shown in FIG. 39, in Embodiment 32, the general structure (fiber) of etherified cellulose (crystal) and the blocked isocyanate (liquid) are mixed and dispersed, and the polyisocyanate is made of etherified cellulose by removing the blocking agent. The active hydroxyl groups are cross-linked. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
実施例30
実施例30は、実施の形態32に対応する実施例である。実施例30では、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を40重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを90重量部調製した。次に、主剤であるセルロースとしての木粉に対し、NaOH、イソプロパノール及び水を加えて攪拌し、この混合物に更にモノクロル酢酸ソーダを加えて70〜80℃の温度で2時間反応させることにより、粗カルボキシメチルセルロースを調製した。また、調製した粗カルボキシメチルセルロースにNaCl、グリコール酸、水、イソピロパノールを加えてろ過することにより、カルボキシメチルセルロースを調製した。そして、調製した主剤としてのカルボキシメチルセルロース50重量部に対し、水を300〜500重量部加えて80℃に加温してゲル化し、コロイド状セルロースを調製した。そして、このコロイド状セルロースに硬化剤として前記ブロックイソシアネートの90重量部を加えて混合し、高速攪拌することで、順ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、カルボキシメチルセルロースの分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。
Example 30
Example 30 is an example corresponding to the thirty-second embodiment. In Example 30, 40 parts by weight of a blocking agent was added to 50 parts by weight of a polyisocyanate in which TDI and MDI were mixed at a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block the isocyanate group, and A part by weight was prepared. Next, NaOH, isopropanol and water are added to the wood flour as cellulose, which is the main agent, and the mixture is stirred. Further, sodium monochloroacetate is added to this mixture and reacted at a temperature of 70 to 80 ° C. for 2 hours. Carboxymethylcellulose was prepared. In addition, carboxymethyl cellulose was prepared by adding NaCl, glycolic acid, water and isopropylopanol to the prepared crude carboxymethyl cellulose and filtering. And 300-500 weight part of water was added with respect to 50 weight part of carboxymethylcellulose as a prepared main ingredient, and it heated and gelatinized at 80 degreeC, and prepared the colloidal cellulose. Then, 90 parts by weight of the blocked isocyanate is added to the colloidal cellulose as a curing agent, mixed, and stirred at a high speed, whereby a one-component curable plastic binder composition in which a forward micelle structure emulsion is stably generated. Was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of carboxymethyl cellulose were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly.
一方、TDI及びMDIを1対1(50:50重量部)の割合で混合したポリイソシアネート50重量部に対してブロック剤を70重量部加えてイソシアネート基をブロックし、ブロックイソシアネートを120重量部調製した。次に、このブロックイソシアネート120重量部に対して主剤としてのカルボキシメチルセルロースを50重量部加えて攪拌し、更に、この混合物に対して水を1〜500重量部加えて低速攪拌することで、逆ミセル構造のエマルジョンが安定的に生成された1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を調製した。そして、使用時に、この1液型硬化性プラスチックバインダー組成物を180℃で加熱した。これにより、カルボキシメチルセルロースの分子間がポリイソシアネートにより架橋されてウレタン結合し、硬化が迅速に進行した。いずれの場合の反応式も上記式(6)で表される。 On the other hand, 70 parts by weight of a blocking agent is added to 50 parts by weight of polyisocyanate in which TDI and MDI are mixed in a ratio of 1: 1 (50:50 parts by weight) to block isocyanate groups, and 120 parts by weight of blocked isocyanate is prepared. did. Next, 50 parts by weight of carboxymethyl cellulose as a main ingredient is added to 120 parts by weight of the blocked isocyanate and stirred, and further, 1 to 500 parts by weight of water is added to the mixture, and the mixture is stirred at a low speed, thereby reverse micelles. A one-part curable plastic binder composition in which an emulsion having a structure was stably produced was prepared. And at the time of use, this 1 liquid type curable plastic binder composition was heated at 180 degreeC. As a result, the molecules of carboxymethylcellulose were cross-linked by polyisocyanate to form a urethane bond, and curing proceeded rapidly. The reaction formula in either case is represented by the above formula (6).
実施の形態33
実施の形態33に係る1液型水性硬化性プラスチックバインダー組成物及びその硬化物について説明する。実施の形態33に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、主剤としてのセルロースとして、実施の形態27のエーテル化セルロースを衝撃粉砕して結晶構造を破壊することによりその水酸基を活性化してその水酸基を活性化したアモルファスエーテル化セルロースを使用する。そして、かかるアモルファスエーテル化セルロースに加水してゾル化またはゲル化したコロイド状セルロースとしてのコロイド状アモルファスエーテル化セルロースを調製する。コロイド状アモルファスエーテル化セルロースは、実施の形態32と同様のブロックイソシアネートと予め混合されて1液型の常温または熱硬化性バイオプラスチックバインダー組成物を構成する。ブロックイソシアネートは、ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状アモルファスエーテル化セルロースと混合されて、順ミセル構造または逆ミセル構造のエマルジョンを形成すると共に、加熱によりアモルファスエーテル化セルロースを架橋する。なお、実施の形態33に係る硬化性プラスチックバインダー組成物における硬化構造乃至架橋構造を図40に示す。図40に示すように、実施の形態33では、アモルファスエーテル化セルロース(非結晶)の一般構造(繊維)とブロックイソシアネート(液体)とが混合分散し、ブロック剤が外れることによりポリイソシアネートがアモルファスエーテル化セルロースの活性水酸基間を架橋するようになっている。なお、図中、−OH*は活性水酸基を示す。
Embodiment 33.
A one-component aqueous curable plastic binder composition and a cured product thereof according to Embodiment 33 will be described. The curable plastic binder composition according to the thirty-third embodiment activates the hydroxyl group by pulverizing the etherified cellulose of the twenty-seventh embodiment to break the crystal structure as cellulose as the main agent, thereby activating the hydroxyl group. Amorphized amorphous etherified cellulose is used. Then, colloidal amorphous etherified cellulose is prepared as colloidal cellulose which is hydrated or gelated by adding to such amorphous etherified cellulose. The colloidal amorphous etherified cellulose is premixed with the same blocked isocyanate as in Embodiment 32 to constitute a one-pack type normal temperature or thermosetting bioplastic binder composition. The blocked isocyanate is mixed with the colloidal amorphous etherified cellulose in a state where the polyisocyanate is blocked with a blocking agent to form a forward micelle structure or reverse micelle structure emulsion, and the amorphous etherified cellulose is crosslinked by heating. . A cured structure or a crosslinked structure in the curable plastic binder composition according to Embodiment 33 is shown in FIG. As shown in FIG. 40, in Embodiment 33, the general structure (fibers) of amorphous etherified cellulose (non-crystalline) and the blocked isocyanate (liquid) are mixed and dispersed, and the polyisocyanate becomes amorphous ether by removing the blocking agent. The activated hydroxyl groups of the fluorinated cellulose are cross-linked. In the figure, —OH * represents an active hydroxyl group.
ところで、上記実施の形態31〜33に対応する実施例31〜33において、主剤としての各種セルロースはゲル状に調製されているが、これはゾル状の段階を経て時間の経過と共にゲル状となることを意味し、かかるゲル状の澱粉を攪拌等すれば再度ゾル状となる。 By the way, in Examples 31-33 corresponding to the above-described Embodiments 31-33, various celluloses as the main agent are prepared in a gel form, which becomes a gel form over time through a sol-like stage. This means that if the gelled starch is stirred, it becomes sol again.
また、上記実施の形態31〜33において、ゾル状またはゲル状のセルロース(コロイド状セルロース)は、PHを5〜9の範囲とするよう調製することが好ましい。こうすると、セルロースゲルまたはセルロースゾル(コロイド状セルロース)をより一層安定化することができる。 Moreover, in the said Embodiment 31-33, it is preferable to prepare sol-form or gel-form cellulose (colloidal cellulose) so that PH shall be the range of 5-9. In this way, the cellulose gel or cellulose sol (colloidal cellulose) can be further stabilized.
更に、上記実施の形態31〜33のようにゾル状またはゲル状のセルロース(コロイド状セルロース)を主剤として使用する場合も、ブロックイソシアネートのブロック剤としてはケトオキシム系ブロック剤等のオキシム系ブロック剤を使用することが好ましい。こうすると、ブロックイソシアネート(液体)とコロイド状澱粉とのエマルジョン化をより一層に円滑に行い、安定した均一分散を図ることができる。 Further, when sol- or gel-like cellulose (colloidal cellulose) is used as a main agent as in the above-described embodiments 31 to 33, an oxime-based blocking agent such as a ketoxime-based blocking agent is used as a blocking agent for blocked isocyanate. It is preferable to use it. In this way, the emulsification of the blocked isocyanate (liquid) and the colloidal starch can be performed more smoothly and stable and uniform dispersion can be achieved.
また、実施の形態25〜33では、セルロースをアモルファスかする等して物理変性する場合、セルロース間を架橋するために、所定サイズのポリイソシアネートを使用することが好ましい。例えば、各種ポリイソシアネートは、その一般式(化学構造式)で表される構造に対応するサイズを有するが、主剤として使用するセルロースの活性水酸基間の間隔に対応するサイズのポリイソシアネートを選択的に使用することで、架橋効率を飛躍的に向上することができる。具体的には、前記ポリイソシアネートとして、ボールミル処理等の水酸基活性化により物理変性を受けた前記セルロースの分子内または分子間活性水酸基間距離に対応するサイズを有するポリイソシアネートを使用することが好ましい。より具体的には、ポリイソシアネートのサイズは、上記澱粉の場合とほぼ同様に、10〜60Åの範囲とすることが好ましい。ここで、変性セルロースの場合、その分子間距離は天然セルロース等の未変性セルロースに比較してより大きくなるため、変性セルロース用のポリイソシアネートのサイズとしては、上記範囲のうちの大きい側(例えば、30〜60Å)の範囲とすることが好ましく、天然セルロース等の未変性セルロースの場合、上記範囲のうちの小さい側(例えば、10〜30Å)の範囲とすることが好ましい。 In Embodiments 25 to 33, when the cellulose is physically modified, for example, by making it amorphous, it is preferable to use a polyisocyanate having a predetermined size in order to crosslink between the celluloses. For example, various polyisocyanates have a size corresponding to the structure represented by the general formula (chemical structural formula), but selectively select a polyisocyanate having a size corresponding to the interval between active hydroxyl groups of cellulose used as the main agent. By using it, the crosslinking efficiency can be dramatically improved. Specifically, it is preferable to use, as the polyisocyanate, a polyisocyanate having a size corresponding to the intramolecular or intermolecular active hydroxyl group distance of the cellulose subjected to physical modification by hydroxyl group activation such as ball milling. More specifically, the size of the polyisocyanate is preferably in the range of 10 to 60 cm, almost the same as in the case of the starch. Here, in the case of modified cellulose, the intermolecular distance is larger than that of unmodified cellulose such as natural cellulose. Therefore, as the size of the polyisocyanate for modified cellulose, the larger side of the above range (for example, The range is preferably 30 to 60 cm, and in the case of unmodified cellulose such as natural cellulose, the range on the smaller side (for example, 10 to 30 cm) of the above range is preferable.
ところで、本発明に係る硬化性プラスチックバインダー組成物は、主剤及び硬化剤以外に、所定の機能を発揮するための添加剤等を混合することもできる。例えば、硬化反応を促進するための促進剤を添加してもよく、この場合、反応率(硬化率)をより高め、未反応成分の割合を小さくして、耐火性等の特性をより一層向上することができる。 By the way, the curable plastic binder composition according to the present invention can be mixed with additives for exhibiting a predetermined function, in addition to the main agent and the curing agent. For example, an accelerator for accelerating the curing reaction may be added. In this case, the reaction rate (curing rate) is further increased, the proportion of unreacted components is decreased, and the properties such as fire resistance are further improved. can do.
また、本発明における物理的化工澱粉としては、上記以外にも、湿熱処理澱粉、高周波処理澱粉、放射線処理澱粉等を使用することができ、化学的化工澱粉としては、カルボキシメチル澱粉、ヒドロシキアルキル澱粉、カチオン澱粉等のエーテル化澱粉、架橋澱粉、酸化澱粉、酸変性澱粉等を使用することができ、更に、酵素分解デキストリン等の酵素処理澱粉等を使用することもできる。 In addition to the above, as the physical modified starch in the present invention, wet-heat treated starch, high-frequency treated starch, radiation-treated starch and the like can be used, and the chemically modified starch includes carboxymethyl starch, hydroxyalkyl. Etherified starch such as starch and cationic starch, cross-linked starch, oxidized starch, acid-modified starch and the like can be used, and enzyme-treated starch such as enzyme-degraded dextrin can also be used.
更に、本発明の硬化性バイオプラスチックバインダー組成物における硬化時の加熱温度は、上記のように、100℃〜200℃の範囲内とすることが好ましいが、1液型の場合、ブロック剤を解離するために、180℃以上の温度とすることが好ましい。また、硬化剤として、諸特性の点から、MDIの割合を高めることが好ましいが、MDIの割合を増加した場合、加熱温度は前記温度より一層高くすることが、硬化性(反応性)の向上の点から好ましい。この場合でも、MDIが加熱により気化されることはない。一方、硬化剤として、TDIの割合を増加した場合、加熱温度をあまり高くすると、TDIが加熱により気化する可能性があるため、加熱温度はMDIの場合より低くすることが好ましい。 Furthermore, the heating temperature at the time of curing in the curable bioplastic binder composition of the present invention is preferably within a range of 100 ° C. to 200 ° C. as described above. Therefore, the temperature is preferably 180 ° C. or higher. In addition, as a curing agent, it is preferable to increase the ratio of MDI from the viewpoint of various characteristics. However, when the ratio of MDI is increased, the heating temperature is set higher than the above temperature to improve curability (reactivity). From the point of view, it is preferable. Even in this case, the MDI is not vaporized by heating. On the other hand, when the ratio of TDI is increased as the curing agent, if the heating temperature is too high, TDI may be vaporized by heating. Therefore, the heating temperature is preferably lower than that for MDI.
次に、本発明の硬化性プラスチックバインダー組成物を硬化してなる硬化物についての一実施例を説明する。本発明の硬化物は、上記各実施の形態及び各実施例の硬化性プラスチックバインダー組成物を硬化して任意の形状に成形することができるが、例えば、実施例8の硬化性プラスチックバインダー組成物を硬化した硬化物は、難燃性も、同じポリイソシアネートを使用するポリウレタンに比べ、高くなる。次にJISD1201に基づく水平難燃性試験のデータを示す。時間は、エステル不布に各樹脂を含浸したものを燃焼させたときの燃焼時間を示す。燃焼時間が短い方が難燃性が高い。
本発明の硬化性プラスチックバインダー組成物は、自動車用部品の成形等、従来の石油系硬化性樹脂が使用される分野におけるバインダーとして好適に適用することができ、また、建築内装材の接着等、接着分野においても好適に適用することができる。その他、従来の樹脂バインダーが使用される任意の分野に適用することができる。 The curable plastic binder composition of the present invention can be suitably applied as a binder in the field where conventional petroleum-based curable resins are used, such as molding of automobile parts, etc. It can be suitably applied also in the adhesive field. In addition, it can be applied to any field where conventional resin binders are used.
Claims (28)
前記活性化澱粉を架橋する硬化剤としてのポリイソシアネートと
からなることを特徴とする固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物。 An activated starch as a main agent in which the ratio of the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules is increased from that of non-activated starch;
A solid-liquid curable bioplastic binder composition comprising polyisocyanate as a curing agent for crosslinking the activated starch.
ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記活性化澱粉と混合分散されると共に、常温または加熱により前記活性化澱粉を架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートと
からなることを特徴とする1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物。 An activated starch as a main agent in which the ratio of the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the surface of the starch granules is increased from that of non-activated starch;
A one-component type comprising a block isocyanate as a curing agent which is mixed and dispersed with the activated starch in a state where the polyisocyanate is blocked with a blocking agent and which crosslinks the activated starch by normal temperature or heating. Curable bioplastic binder composition.
ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状澱粉と混合されてエマルジョン化されると共に、常温または加熱により前記活性化澱粉を架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートと
からなることを特徴とする1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物。 Colloidal starch obtained by hydrothermally heating activated starch as a main ingredient, in which the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface of starch granules is increased from that of non-activated starch,
The polyisocyanate is mixed with the colloidal starch in a state blocked with a blocking agent to be emulsified, and is composed of blocked isocyanate as a curing agent that crosslinks the activated starch by room temperature or heating. One-pack type aqueous curable bioplastic binder composition.
前記活性化セルロースを架橋する硬化剤としてのポリイソシアネートと
からなることを特徴とする固液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物。 Activated cellulose as a main agent in which the ratio of the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the surface is increased from that of non-activated cellulose;
A solid-liquid curable bioplastic binder composition comprising polyisocyanate as a curing agent for crosslinking the activated cellulose.
ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記活性化セルロースと混合分散されると共に、常温または加熱により前記活性化セルロースを架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートと
からなることを特徴とする1液型硬化性バイオプラスチックバインダー組成物。 Activated cellulose as a main agent in which the ratio of the number of active hydroxyl groups in the total number of hydroxyl groups on the surface is increased from that of non-activated cellulose;
A one-component type comprising a block isocyanate as a curing agent which is mixed and dispersed with the activated cellulose in a state where the polyisocyanate is blocked with a blocking agent and which crosslinks the activated cellulose by normal temperature or heating. Curable bioplastic binder composition.
ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状エステル化セルロースと混合されてエマルジョン化されると共に、常温または加熱により前記エステル化セルロースを架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートと
からなることを特徴とする1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物。 Colloidal form in which the hydroxyl group is activated by esterification of cellulose, and the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface is increased from that of non-activated cellulose to the esterified cellulose as the main agent to form a sol or gel Colloidal esterified cellulose as cellulose;
The polyisocyanate is mixed with the colloidal esterified cellulose in a state blocked with a blocking agent to be emulsified, and at the same time comprises a blocked isocyanate as a curing agent that crosslinks the esterified cellulose by room temperature or heating. A one-component aqueous curable bioplastic binder composition.
ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状エーテル化セルロースと混合されてエマルジョン化されると共に、常温または加熱により前記エーテル化セルロースを架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートと
からなることを特徴とする1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物。 Colloidal form obtained by activating the hydroxyl group by etherification treatment of cellulose and adding it to etherified cellulose as the main agent which increased the ratio of the number of active hydroxyl groups to the total number of hydroxyl groups on the surface compared to non-activated cellulose. Colloidal etherified cellulose as cellulose;
The polyisocyanate is blocked with a blocking agent, mixed with the colloidal etherified cellulose to be emulsified, and at the same time comprises a blocked isocyanate as a curing agent that crosslinks the etherified cellulose by room temperature or heating. A one-component aqueous curable bioplastic binder composition.
ポリイソシアネートをブロック剤によりブロックした状態で、前記コロイド状アモルファスエーテル化セルロースと混合されてエマルジョン化されると共に、常温または加熱により前記アモルファスエーテル化セルロースを架橋する硬化剤としてのブロックイソシアネートと
からなることを特徴とする1液型水性硬化性バイオプラスチックバインダー組成物。 Cellulose etherified cellulose is impact-pulverized and its crystal structure is destroyed by pulverization to activate its hydroxyl group, which is then added to amorphous etherified cellulose as the main agent that activates the hydroxyl group to form a sol or gel. Colloidal amorphous etherified cellulose as colloidal cellulose;
It is mixed with the colloidal amorphous etherified cellulose and emulsified in a state where the polyisocyanate is blocked with a blocking agent, and comprises a blocked isocyanate as a curing agent that crosslinks the amorphous etherified cellulose by room temperature or heating. A one-component aqueous curable bioplastic binder composition.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013079471A (en) * | 2011-10-05 | 2013-05-02 | Nihon Glass Fiber Industrial Co Ltd | Inorganic fiber aggregate and method for manufacturing the same |
| CN116285307A (en) * | 2023-02-17 | 2023-06-23 | 河北邦泰氨纶科技有限公司 | A kind of matting melt-spun spandex chip containing tapioca starch and preparation method thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6022005B2 (en) * | 1981-06-08 | 1985-05-30 | 豊年製油株式会社 | water resistant composition |
| JPS6116305B2 (en) * | 1981-11-10 | 1986-04-30 | Sugyama Sangyo Kagaku Kenkyusho | |
| JPS636083B2 (en) * | 1981-10-13 | 1988-02-08 | Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd | |
| JP2005515268A (en) * | 2001-12-21 | 2005-05-26 | バイエル クロップサイエンス ゲーエムベーハー | Pregelatinized starch and method for producing the same |
| JP2005343939A (en) * | 2004-06-01 | 2005-12-15 | Kansai Paint Co Ltd | Hardenable starch composition and modified starch containing isocyanate group |
-
2006
- 2006-03-30 JP JP2006093076A patent/JP2007262366A/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6022005B2 (en) * | 1981-06-08 | 1985-05-30 | 豊年製油株式会社 | water resistant composition |
| JPS636083B2 (en) * | 1981-10-13 | 1988-02-08 | Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd | |
| JPS6116305B2 (en) * | 1981-11-10 | 1986-04-30 | Sugyama Sangyo Kagaku Kenkyusho | |
| JP2005515268A (en) * | 2001-12-21 | 2005-05-26 | バイエル クロップサイエンス ゲーエムベーハー | Pregelatinized starch and method for producing the same |
| JP2005343939A (en) * | 2004-06-01 | 2005-12-15 | Kansai Paint Co Ltd | Hardenable starch composition and modified starch containing isocyanate group |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013079471A (en) * | 2011-10-05 | 2013-05-02 | Nihon Glass Fiber Industrial Co Ltd | Inorganic fiber aggregate and method for manufacturing the same |
| CN116285307A (en) * | 2023-02-17 | 2023-06-23 | 河北邦泰氨纶科技有限公司 | A kind of matting melt-spun spandex chip containing tapioca starch and preparation method thereof |
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