JP6528997B2 - 樹脂強化用セルロース繊維の製造方法、樹脂強化用セルロース繊維の製造方法、樹脂組成物の製造方法及び樹脂成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
<1>セルロース繊維に下記のカチオンポリマーを混合させることにより製造され、
カチオンポリマーが、
カチオン性ビニルモノマーから選ばれる少なくとも1種類が重合して形成される構造単位(a)、及び、
非イオン性の(メタ)アクリルエステル類から選ばれる少なくとも1種類が重合して形成される構造単位(b)
の構造を有し、
カチオン当量が0.05〜1meq/gであり、
質量比でカチオンポリマー/セルロース繊維=9〜50/91〜50である
ことを特徴とする樹脂強化用セルロース繊維の製造方法、
<2>カチオンポリマーが、さらに(メタ)アクリルアミド類から選ばれる少なくとも1種類が重合して形成される構造単位(c)の構造を有することを特徴とする前記<1>の樹脂強化用セルロース繊維の製造方法、
<3>(メタ)アクリルアミド類が(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド、アクリロイルモルホリンから選ばれる少なくとも1種類である前記<2>の樹脂強化用セルロース繊維の製造方法、
<4>セルロース系繊維が、セルロースの水酸基がエーテル化、エステル化、シリル化の少なくとも1種類で変性されている前記<1>〜<3>の何れかの樹脂強化用セルロース繊維の製造方法、
<5>熱可塑性樹脂強化用セルロース繊維である前記<1>〜<4>の何れかの樹脂強化用セルロース繊維の製造方法、
<6>熱可塑性樹脂及び前記<5>の樹脂強化用セルロース繊維の製造方法で得られた樹脂強化用セルロース繊維を含有する樹脂組成物の製造方法、
<7>前記<6>の樹脂組成物の製造方法から得られた樹脂組成物を成形して得られる樹脂成形体の製造方法、
である。
中でも水、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルが好適である。また、これらの溶媒は、1種単独でもよく2種以上併用して使用してもよい。
混合する方法としては従来公知の方法にて行うことができ、例えば、二軸混練機、一軸混練機、ニーダー、バンバリーミキサー、加圧型ニーダー、ロール混練機等を用いることができる。好ましくは、ニーダー、二軸混練機である。
500mlの丸底フラスコに溶媒としてメチルエチルケトン50ml、モノマーとしてジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化ベンジル四級化物水溶液(固形分76%)4.5g、ベンジルメタクリレート92.4g、及びアクリルアミド(固形分50%)8.4g、重合開始剤として2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル2gを仕込み攪拌しながら80℃まで昇温した。その後還流下にて8時間反応し、カチオンポリマー(A−1)分散溶液を得た。固形分は48.1%、重量平均分子量は107,000であった。
500mlの丸底フラスコに溶媒としてメチルエチルケトン50ml、モノマーとしてN−ビニルホルムアミド0.9g、ベンジルメタクリレート94.8g、及びアクリルアミド(固形分50%)4.2g、重合開始剤として2.2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル2gを仕込み攪拌しながら80℃まで昇温した。その後還流下にて8時間反応した。その後5%水酸化ナトリウム水溶液10gを添加後80℃で2時間保持後、36%塩酸3gを添加し中和しすることで、カチオンポリマー(A−2)分散溶液を得た。固形分は36.4%、重量平均分子量は2,750,000であった。
モノマー種を表1のように変えた以外は、合成例1に記載の方法に準じてカチオンポリマー分散溶液を合成した(A−3〜A−20)。
モノマー種を表2のように変えた以外は、合成例1に記載の方法に準じてポリマー分散溶液を合成した(AH−1〜AH−3)。
構造単位(a):本発明の構造単位(a)を構成するモノマー
構造単位(b):本発明の構造単位(b)を構成するモノマー
構造単位(c):本発明の構造単位(c)を構成するモノマー
分子量:重量平均分子量。ただし、「−」は分子量測定していないことを示す。
DMBz:ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化ベンジル4級化物
VAm:ビニルアミン(注1)
DAA:ジアリルアミン
DADMAC:ジアリルジメチルアンモニウムクロライド
DM:ジメチルアミノエチルメタクリレート、
BZMA:ベンジルメタクリレート
PE200:日本油脂(株)製 ポリエチレンオキサイド(エチレンオキサイド単位数=4.5)モノメタクリレート
EMA:エチルメタクリレート
HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート
AAm:アクリルアミド
DMAAm:ジメチルアクリルアミド
ACMO :アクリロイルモルホリン
表1、及び表2中のカチオンポリマーの分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(SHIMADZU Prominence series 展開溶媒 DMF 検出器 MALS)を用いて測定し、重量平均分子量(Mw)を分子量とした。
カチオン当量は、カチオンポリマー固形分1gあたりに含まれるカチオン基の当量であり、
カチオン当量(meq/g)=[カチオンモノマーの重量分率(%)]/[カチオンモノマーの分子量]×[カチオンモノマー中に含まれるカチオン性基の数]/100×1000
で表される。
5リットルのフラスコに含水の針葉樹漂白パルプ(以下、NBKPと略することがある。)1000g(固形換算200g)を仕込み、イソプロパノール3000gを入れ、混合攪拌して得られるスラリーを圧搾固液分離した。その後、圧搾後のウェットパルプに対して同作業を5回繰り返すことでイソプロパノールウェットパルプ(以下、IPAWPの略することがある)を得た。得られたIPAWPの固形分は30.0%、含有水分率は0.5%であった。
次に2リットルのフラスコにて、カチオンポリマーとセルロース繊維の固形分質量比が23/77となるように上記IPAWP233gと合成例1で合成されたポリマー分散溶液(A−1)43.4gを混合し加熱減圧脱溶剤を行い、樹脂強化用セルロース繊維(B−1)92g(固形分98%)を得た。
含水のNBKP250g(固形分50g)にN−メチルピロリドン(以下、NMPと略することがある。)を2000g加え、撹拌機でよく攪拌した後、ブフナー漏斗で吸引濾過を行った。この操作を3回繰り返し、NMPで膨潤させたNBKP(以下、NMPSPと略することがある)500gを得た。得られたNMPSP500gを、攪拌機、温度計、還流冷却器を備えたセパラブルフラスコに入れ、NMPを500g加えた後、攪拌しながら70℃に昇温した。次いで、ヘキサデセニルコハク酸無水物(分子量322)を99.4g、炭酸カリウムを21.3g加え、70℃で1時間反応させた。反応後、エタノール、酢酸水、水で順次洗浄し、エタノールで溶剤置換することで、エタノールに膨潤した疎水基とカルボキシル基を有する改質セルロース繊維(MCF1)364g(固形分22%)を得た。得られた改質セルロース繊維(MCF1)の多価塩基酸無水物の置換度(DS)は0.35であった。この改質セルロース繊維(MCF1)に、合成例1で得られたカチオンポリマー(A−1)分散溶液49.4g及びメチルエチルケトン(以下、MEKと略することがある)160gを混合し加熱減圧脱溶剤を行い、樹脂強化用セルロース繊維(B−21) 93g(固形分97%)を得た。
含水のNBKP350g(固形分70g)にNMPを2800g加え、撹拌機でよく撹拌した後、ブフナー漏斗で吸引濾過を行った。この操作を3回繰り返し、NMPSP275gを得た。得られたNMPSP275gを、撹拌機、温度計、還流冷却器を備えたセパラブルフラスコに入れ、撹拌しながら70℃に昇温した。次いで、無水酢酸(分子量102)を22.1g、炭酸カリウムを14.9g加え、70℃で3時間反応させた。反応後、エタノール、酢酸水、水で順次洗浄し、エタノールで溶剤置換することで、エタノールに膨潤したアセチル化改質セルロース繊維(MCF2)450g(固形分17.8%)を得た。得られた改質セルロース繊維(MCF2)の置換度(DS)は0.49であった。この改質セルロース繊維(MCF2)に、合成例1で得られたカチオンポリマー(A−1)分散溶液49.9g及びMEK160gを混合し加熱減圧脱溶剤を行い、樹脂強化用セルロース繊維(B−22)100g(固形分97%)を得た。
2リットルのフラスコにて実施例1に準じた方法で得られたイソプロパノールウェットパルプの加熱減圧脱溶剤を行い、未改質セルロース繊維(BH−1)75g(固形分98%)を得た。
ポリマー分散溶液を表4のように変えた以外は、実施例1に記載の方法に準じて比較用樹脂強化用セルロース繊維(BH−2〜4)を得た。
比較例1で得られた未改質セルロース繊維(BH−1)71g(固形分98%)にエタノール162gを混合し、アスパラギン酸21gを混合し加熱減圧脱溶剤を行い、比較用樹脂強化用セルロース繊維(BH−5) 94g(固形分96%)を得た。
比較例1で得られた未改質セルロース繊維(BH−1)71g(固形分98%)にエタノール162gを混合し、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド(花王(株)製 製品名コータミン24P)21gを混合し加熱減圧脱溶剤を行い、比較用樹脂強化用セルロース(BH−6) 94g(固形分96%)を得た。
IPAWP:イソプロパノールウェットパルプ
MCF1:エタノールに膨潤した疎水基とカルボキシル基を有する改質セルロース繊維
MCF2:エタノールに膨潤したアセチル化セルロース繊維
BH−1E:エタノールに膨潤した未改質セルロース繊維(BH−1)
ASP:アスパラギン酸
SF:コータミン24P(花王(株)製 ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド)
市販のブロックポリプロピレン(メルトマスフローレイト30)と樹脂強化用セルロース繊維(B−1)を樹脂組成物中のセルロース繊維分が10%となるようにドライブレンドしたものを二軸混練機((株)テクノベル製:「KZW」、スクリュー径:15mm、L/D:45で溶融混練し、複合樹脂(C−1)を得た。
樹脂強化用セルロース繊維を表5に変えた以外には、実施例23に準じて樹脂組成物(C−2〜C−22)を得た
合成例で得られたカチオンポリマー(A−1)分散溶液にキシレン200mlを投入し外温200度にて減圧蒸留後粉砕し、カチオンポリマー固形物を得た。その後、市販のブロックポリプロピレン(メルトマスフローレイト30)の他、比較例1で得られた未改質セルロース(BH−1)、A−1のカチオンポリマー固形物をセルロース繊維分が10%、カチオンポリマー分が3%となるようにドライブレンドしたものを、実施例24に準じて樹脂組成物(C−23)を得た。
樹脂強化用セルロース繊維を表6に変えた以外には、実施例23に準じて樹脂組成物(CH−1〜6)を得た。
弾性率[指数]=(実施例、及び比較例の弾性率)/(市販のブロックポリプロピレンの弾性率)×100
強度[指数]=(実施例、及び比較例の強度)/(市販のブロックポリプロピレンの強度)×100
カチオンポリマーを表7のように変えた以外は、実施例1に記載の方法に準じて樹脂強化用セルロース繊維(B−23〜B−25)を得た。
市販のポリアセタール(メルトマスフローレイト30)と樹脂強化用セルロース繊維(B−23)を複合樹脂中のセルロース繊維分が10%となるようにドライブレンドしたものを二軸混練機((株)テクノベル製:「KZW」、スクリュー径:15mm、L/D:45で溶融混練し、樹脂組成物(C−24)を得た。
樹脂強化用セルロース繊維を表8のように変えた以外には、実施例49に準じて樹脂組成物(C−25〜C−27)を得た。
樹脂強化用セルロース繊維を表9に示すように比較用樹脂強化用セルロース繊維BH−2
に変えた以外には、実施例49に準じて複合樹脂(CH−7)を得た。
市販の高密度ポリエチレン(メルトマスフローレイト12)と樹脂強化用セルロース繊維(B−12)を複合樹脂中のセルロース分が15%となるようにドライブレンドしたものを二軸混練機((株)テクノベル製:「KZW」、スクリュー径:15mm、L/D:45で溶融混練し、樹脂組成物(C−28)を得た。
樹脂強化用セルロース繊維を表11に示すように比較用樹脂強化用セルロース繊維BH−
1に変えた以外には、実施例53に準じて比較用樹脂組成物(CH−8)を得た。
Claims (7)
- セルロース繊維に下記のカチオンポリマーを混合させることにより製造され、
カチオンポリマーが、
カチオン性ビニルモノマーから選ばれる少なくとも1種類が重合して形成される構造単位
(a)、及び、
非イオン性の(メタ)アクリルエステル類から選ばれる少なくとも1種類が重合して形成される構造単位(b)
の構造を有し、
カチオン当量が0.05〜1meq/gであり、
質量比でカチオンポリマー/セルロース繊維=9〜50/91〜50である
ことを特徴とする樹脂強化用セルロース繊維の製造方法。 - カチオンポリマーが、さらに(メタ)アクリルアミド類から選ばれる少なくとも1種類が重合して形成される構造単位(c)の構造を有することを特徴とする請求項1に記載の樹脂強化用セルロース繊維の製造方法。
- (メタ)アクリルアミド類が(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド、アクリロイルモルホリンから選ばれる少なくとも1種類であることを特徴とする請求項2に記載の樹脂強化用セルロース繊維の製造方法。
- セルロース系繊維が、セルロースの水酸基がエーテル化、エステル化、シリル化の少なくとも1種類で変性されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の樹脂強化用セルロース繊維の製造方法。
- 熱可塑性樹脂強化用セルロース繊維であることを特徴とする請求項4に記載の樹脂強化用セルロース繊維の製造方法。
- 熱可塑性樹脂及び請求項5に記載の樹脂強化用セルロース繊維の製造方法で得られた樹脂強化用セルロース繊維を含有する樹脂組成物の製造方法。
- 請求項6に記載の樹脂組成物の製造方法から得られた樹脂組成物を成形して得られる樹脂成形体の製造方法。
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