WO2015152188A1 - セルロース用高分子分散剤、該高分子分散剤含有の水系分散処理剤、易分散性セルロース組成物、セルロース分散樹脂組成物、及び、セルロース分散用分散剤含有樹脂組成物 - Google Patents

セルロース用高分子分散剤、該高分子分散剤含有の水系分散処理剤、易分散性セルロース組成物、セルロース分散樹脂組成物、及び、セルロース分散用分散剤含有樹脂組成物 Download PDF

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後藤 淳
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Dainichiseika Color and Chemicals Mfg Co Ltd
Kyoto University NUC
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Definitions

  • the present invention is attracting attention for its function as an excellent filler, it is a hydrophilic substance, so that it is difficult to disperse in a resin or the like, and at present, a wide range of fine cellulose fibers whose use is not promoted.
  • new technology that enables realization of various uses, specifically, a polymer dispersant for cellulose, an aqueous dispersion treatment agent containing a polymer dispersant, an easily dispersible cellulose composition, a cellulose-dispersed resin composition, and cellulose
  • the present invention relates to a dispersant-containing resin composition for dispersion.
  • Cellulose fiber is a basic skeletal material of all plants, has accumulated over a trillion tons on the earth, and is a resource that can be regenerated by tree planting, so its effective use is desired.
  • Cellulose fibers are fibers that are 5 times stronger than steel and have a low linear thermal expansion coefficient that is 1/50 that of glass, despite being 1/5 lighter than steel.
  • Patent Document 1 a technique has been proposed in which cellulose fibers are contained as a filler in a matrix such as a resin to impart mechanical strength.
  • Patent Document 1 In order to further improve the mechanical strength of the cellulose fiber, the cellulose fiber is defibrated so that the cellulose nanofiber (CNF, microfibrillated plant fiber) is dispersed in the additive.
  • CNF cellulose nanofiber
  • CNF cellulose nanocrystals
  • CNF is a fiber obtained by subjecting cellulose fibers to a treatment such as mechanical defibration, and is a fiber having a fiber width of about 4 to 100 nm and a fiber length of about 5 ⁇ m or more.
  • CNC is a crystal obtained by subjecting cellulose fibers to chemical treatment such as acid hydrolysis, and is a crystal having a crystal width of about 10 to 50 nm and a crystal length of about 500 nm.
  • CNF and CNC are collectively referred to as nanocellulose.
  • Nanocellulose has a high specific surface area (250 to 300 m 2 / g), is lighter and has higher strength than steel.
  • Nanocellulose is less thermally deformed than glass.
  • Nanocellulose which has high strength and low thermal expansion, is a material that is useful as a sustainable resource material.
  • composite materials, airgel materials, and CNCs that combine nanocellulose and polymer materials such as resins to achieve high strength and low thermal expansion.
  • Development and creation of highly functional materials by introducing functional functional groups into nanocellulose, an optically anisotropic material using chiral nematic liquid crystal phase by self-organization of the material.
  • nanocellulose since nanocellulose has abundant hydroxyl groups, it has an aspect that is inferior in compatibility with a versatile resin that is hydrophilic and strongly polar, hydrophobic and nonpolar.
  • Non-Patent Document 1 a surfactant is adsorbed on cellulose nanocrystals (cellulose nanowhiskers) to improve the organic solvent dispersibility of cellulose nanocrystals.
  • Non-Patent Document 2 an isotactic polypropylene (iPP) composite material using cellulose nanocrystals adsorbing a surfactant as a reinforcing material is produced, and the tensile strength is improved by about 1.4 times compared to iPP alone. Yes.
  • iPP isotactic polypropylene
  • the cellulose fiber when cellulose is used as a reinforcing material for a thermoplastic resin, the cellulose fiber is hydrophilic and specified for the purpose of suppressing the generation of cellulose agglomerates and uniformly dispersing the cellulose in the resin.
  • An additive having a HLB value (hydrophilic / lipophilic balance) (low molecular surfactant) is used, and the cellulose fibers are dispersed in the additive.
  • a polymer dispersant can be used for dispersing cellulose in a general-purpose resin, it is considered that there are technical advantages as listed below.
  • polymer design with a wide variety of structures is possible by monomer design, so that molecular design according to the purpose and application becomes possible. That is, since an infinite number of structures can be designed as a polymer dispersant, synthesis of a higher performance dispersant adapted to the type of resin to be dispersed can be expected by monomer design. It is considered that various types of polymer dispersants such as olefin polymers, acrylic polymers, ester polymers, urethane polymers, and the like can be used.
  • acrylic polymers can be polymerized under mild conditions and can be obtained relatively easily, and since there are a wide variety of acrylic monomers, a myriad of compositions can be selected. However, since it is easy to design a molecule according to the purpose and application, it is expected to be more useful.
  • the present inventors decided to examine the use of an acrylic polymer as a polymer dispersant for cellulose. Furthermore, in this case, in order to obtain an acrylic polymer having a specific structure, which is useful for dispersing cellulose having abundant hydroxyl groups and being incompatible with hydrophobic and non-polar general-purpose resins, A new synthesis method is expected. Therefore, it was considered suitable to use a synthesis method by living radical polymerization, which is known to be able to produce an acrylic polymer having a specific structure. That is, in the living radical polymerization method, the terminal radical is stabilized, thereby preventing coupling and disproportionation, which are side reactions of radical polymerization, and controlling the molecular weight or narrowing the molecular weight distribution. it can.
  • terminal radicals can be stabilized, polymerization can proceed again by adding another monomer after polymerizing one monomer, and each has a different structure by having different structures.
  • a block copolymer having a polymer segment that expresses can be synthesized.
  • a block copolymer structure having polymer segments having different functionalities in its structure is useful for the following reasons. It is done. Since the block copolymer has a structure in which two or more types of polymer segments having different components are contained in one polymer chain, different functionality can be imparted to each polymer segment by devising the monomer composition. There is an advantage. For example, an AB block copolymer consisting of A chain and B chain having different monomer compositions (components) will be described as an example. Polymer segment A (A chain) is a component having a high affinity with a general-purpose resin.
  • the AB block copolymer can be designed so that the polymer segment B (B chain) has a component that adsorbs to cellulose, the copolymer can be used as a dispersant.
  • the A chain and the B chain act effectively, and it can be expected to suppress aggregation and stabilize the dispersion of cellulose in the general-purpose resin. That is, when an AB block copolymer having a resin affinity segment A and a cellulose adsorptive segment B is used as a dispersant for a cellulose-dispersed resin composition, it is incorporated into a general-purpose resin used for various molded articles. It can be expected that the dispersibility of the cellulose becomes good and the mechanical strength of the molded body or the like as the filler is sufficiently increased.
  • the living radical polymerization method is suitable for the synthesis of such a block copolymer.
  • specific examples of the living radical polymerization method have been reported below.
  • NMP method Niroxide polymerized polymerization, hereinafter abbreviated as NMP method
  • ATRP method Atom transfer radical polymerization
  • polymerization using halogen compounds as starting compounds
  • RAFT method Addition-fragmentation chain transfer polymerization (Reversible addition fragmentation chain transfer polymerization)
  • RAFT method methods using heavy metal compounds such as organic tellurium, organic bismuth, organic antimony, antimony halide, organic germanium,
  • JP 2008-266630 A International Publication No. 2012/111408
  • each of the above polymerization methods has the following problems, and as a method for producing a polymeric dispersant for cellulose that can be put to practical use, the purpose of the present invention, It's hard to say that it's optimal.
  • the NMP method it is necessary to polymerize at a high temperature of 100 ° C. or higher, and in order to increase the polymerization rate, it is necessary to polymerize the monomer alone without using a solvent, and the polymerization conditions are severe.
  • the reaction of methacrylate monomers generally does not proceed with the NMP method, and special nitroxide compounds are required to solve these problems, and it is complicated and difficult to synthesize special nitroxide compounds. is there.
  • the ATRP method it is necessary to use heavy metal. After polymerization, there is a problem that the heavy metal remains and the resin is colored, and it is necessary to remove the heavy metal from the polymer and purify it even in a trace amount. And when purifying a polymer, since the heavy metal with a high environmental load is contained also in the waste_water
  • the living radical polymerization method has various limitations such as the reaction temperature and concentration are limited, the use and removal of heavy metals are required, and special compounds are required. There is. Therefore, when a block copolymer is used as the polymer dispersant for cellulose, the conventional living radical polymerization methods listed above are not necessarily preferable methods as a method for synthesizing the block copolymer.
  • the development of a living radical polymerization method that can be carried out easily without polymerization using heavy metals or special compounds is desired. The present inventors have recognized that if such a living radical polymerization method can be carried out, it is possible to easily synthesize and obtain a high-performance polymer dispersant for cellulose, which is extremely useful in practice. It came to.
  • the present invention has been made in view of the background of the prior art described above, and an object of the present invention is to provide a high-performance polymer dispersant that can be applied to cellulose, which is a hydrophilic substance, simply and economically. It is to be able to provide and achieve practical application. Another object of the present invention is to provide a high-performance polymer dispersing agent for cellulose by an excellent living radical polymerization method, which is simple and does not cause the problem of using or removing heavy metals when it is carried out. Furthermore, an object of the present invention is to apply a cellulose polymer dispersant to cellulose and to disperse it in a general-purpose resin. The object is to obtain a cellulose-dispersed resin composition that realizes stable cellulose dispersion by a method that takes into account.
  • the present inventors have made a living radical polymerization method using no heavy metal catalyst as a polymer dispersant for cellulose, in particular, an organic iodine compound as a starting compound, and a phosphorus compound.
  • a block copolymer structure having a resin affinity segment A and a cellulose adsorptive segment B by a reversible chain transfer catalytic polymerization (RTCP) method which is a living radical polymerization method using a nitrogen compound, an oxygen compound or a carbon compound as a catalyst
  • RTCP reversible chain transfer catalytic polymerization
  • the polymer dispersant for cellulose thus obtained is dispersed in an aqueous medium by a surfactant to form an aqueous dispersion treatment agent, and the cellulose is treated with resin by treating the cellulose with this treatment agent.
  • a surfactant to form an aqueous dispersion treatment agent
  • the cellulose is treated with resin by treating the cellulose with this treatment agent.
  • Can be easily dispersible, or the polymer dispersant for cellulose or the aqueous dispersion treatment agent obtained above can be kneaded with a resin to form a dispersant resin composition that easily disperses cellulose, For this reason, it was realized that cellulose can be dispersed stably and satisfactorily in the resin, and a cellulose-dispersed resin composition having excellent mechanical properties can be obtained, and the present invention has been completed.
  • the present invention is a living radical polymerization method, which is a polymer dispersant for cellulose for dispersing cellulose, and the polymer dispersant does not use any of a heavy metal, a nitroxide compound, or a sulfur compound.
  • RTCP reversible chain transfer catalytic polymerization
  • the polymer compound is an AB block copolymer that further satisfies all the following requirements (1) to (5).
  • 90% by mass or more of the constituent components of the AB block copolymer are composed of methacrylate monomers;
  • the cellulose adsorbent segment B 50% by mass or more of the constituent components are composed of a methacrylate monomer having at least one hydroxyl group and / or a methacrylate monomer having a urea group, and a thermoplastic resin.
  • the number average molecular weight in terms of polystyrene in the gel permeation chromatography of the resin affinity segment A is 500 to 20000, and the ratio of the resin affinity segment A in the whole AB copolymer is 5 to 95% by mass;
  • the number average molecular weight in terms of polystyrene in the gel permeation chromatography of the cellulose adsorbing segment B is 500 to 20000, and the ratio of the cellulose adsorbing segment B in the whole AB copolymer is 5 to 95% by mass;
  • the number average molecular weight in terms of polystyrene in the gel permeation chromatography of the AB copolymer is 3500 to 40,000, and the molecular weight distribution index (weight average molecular weight / number average molecular weight) is 1.0 to 1. .6.
  • 70% by mass or more of the constituent components of the cellulose adsorbing segment B of (2) above are methacrylate monomers and / or urea groups having one or more hydroxyl groups.
  • the number average molecular weight in terms of polystyrene in the gel permeation chromatography of the resin affinity segment A of (3) above is 1000 to 8000, and the AB copolymer as a whole
  • the ratio of the resin affinity segment A to 30% by mass is 30 to 70% by mass
  • the number average molecular weight in terms of polystyrene in the gel permeation chromatography of the cellulose adsorbing segment B of (4) is 1000 to 8000
  • the ratio of the adhesive segment B is 30 to 70% by mass
  • the number average molecular weight in terms of polystyrene in the gel permeation chromatography of the AB copolymer of (5) is 2000 to 16000
  • the molecular weight distribution index ( (Weight average molecular weight / number average molecular weight) is 1.0 to 1.6.
  • Another embodiment of the present invention is an aqueous dispersion treatment agent containing a polymer dispersant having improved dispersibility in cellulose, wherein the polymer dispersant is dispersed in an aqueous medium.
  • An aqueous dispersion treating agent containing a polymer dispersing agent is provided.
  • the cellulose is at least one selected from the group consisting of cellulose nanofibers, cellulose nanocrystals, pulp, lignocellulose, and wood flour. Can be mentioned.
  • the present invention provides, as another embodiment, an aqueous dispersion treatment agent containing a polymer dispersant with improved dispersibility in cellulose, wherein any one of the above polymer dispersants is added to an aqueous medium by a surfactant.
  • An aqueous dispersion treating agent containing a polymer dispersing agent is provided.
  • the surfactant may be a cationic surfactant.
  • the present invention includes, as another embodiment, any one of the above polymer dispersants for cellulose and at least one cellulose selected from the group consisting of cellulose nanofibers, cellulose nanocrystals, pulp, lignocellulose, and wood flour.
  • An easily dispersible cellulose composition is provided.
  • the present invention includes any one of the above aqueous dispersion treatment agents and at least one cellulose selected from the group consisting of cellulose nanofibers, cellulose nanocrystals, pulp, lignocellulose, and wood flour.
  • aqueous dispersion treatment agents at least one cellulose selected from the group consisting of cellulose nanofibers, cellulose nanocrystals, pulp, lignocellulose, and wood flour.
  • An easily dispersible cellulose composition is provided.
  • the present invention provides a cellulose-dispersed resin composition comprising any one of the above-described easily dispersible cellulose compositions and a thermoplastic resin.
  • a dispersant-containing resin composition for dispersing cellulose comprising any one of the above polymer dispersants for cellulose and a thermoplastic resin.
  • the present invention provides a dispersant-containing resin composition for dispersing cellulose, comprising any one of the above aqueous dispersion treatment agents and a thermoplastic resin.
  • a cellulose-dispersed resin composition comprising any one of the above dispersant-containing resin compositions for cellulose dispersion and cellulose.
  • a high-performance polymer dispersant for cellulose that can be applied to cellulose, which is a hydrophilic substance, can be easily provided.
  • the easily dispersible cellulose composition containing a polymer dispersing agent and a cellulose is provided by processing the said polymer dispersing agent into a cellulose in an aqueous medium.
  • a cellulose-dispersed resin composition can be easily obtained by kneading the easily dispersible cellulose composition and a thermoplastic resin that is a general-purpose resin.
  • a dispersant resin composition in which cellulose is easily dispersed is provided by kneading a high-performance cellulose polymer dispersant and a thermoplastic resin.
  • the preferred form is a masterbatch with a high concentration of dispersant.
  • a cellulose-dispersed resin composition is simply provided from such a dispersant resin composition, a dilution resin, and cellulose such as cellulose nanofiber, cellulose nanocrystal, pulp, lignocellulose, or wood flour. be able to.
  • a cellulose-dispersed resin composition can be easily obtained, and the dispersibility of cellulose is enhanced, the interface between cellulose and resin is stabilized, and mechanical properties are improved. Therefore, the provided cellulose-dispersed resin composition is excellent in mechanical properties. As a result, it is a natural material that can be regenerated and has attracted attention as an excellent filler. However, it is a hydrophilic substance, so it is difficult to disperse it in thermoplastic resins. A wide use of unpromoted fine cellulose fibers can be realized.
  • the present invention will be described in more detail with reference to the best mode for carrying out the invention.
  • the technical feature of the present invention is that the use of a living radical polymerization method, particularly the RTCP method, which can be easily carried out, makes it possible to obtain fine cellulose fibers, which are hydrophilic substances, into thermoplastic resins, which are general-purpose resins.
  • the present invention has made it possible to provide a polymer dispersant for cellulose that enables easy dispersion.
  • the living radical polymerization method the terminal radical is stabilized, so that coupling and disproportionation, which are side reactions of radical polymerization, can be prevented, the molecular weight can be controlled, and the molecular weight distribution can be narrowed.
  • the polymerization can proceed again by adding another monomer after polymerizing one monomer, and the block copolymer having polymer segments exhibiting different functionalities.
  • a polymer can be synthesized.
  • living radical polymerization is a method suitable for synthesizing a polymer having a clear structure. By using this method, a polymer compound having a structure corresponding to a desired precise design can be reliably obtained. And it becomes possible to obtain easily.
  • the RTCP method used in the present invention is a conventional radical polymerization in which an organic iodine compound is used as an initiating compound and a phosphorus compound, nitrogen compound, oxygen compound or carbon compound is used as a catalyst.
  • This is a living radical polymerization method that can be easily performed.
  • the living radical polymerization method proceeds by the reaction mechanism represented by the general reaction formula 1 shown below, that is, the polymerization proceeds by a reversible active reaction of the dormant species Polymer-X (PX) to the growing radical. It is.
  • the polymerization reaction mechanism may vary depending on the type of catalyst, but is considered to proceed as follows. In the above general reaction formula 1, P ⁇ generated from the radical initiator reacts with XA to produce catalyst A ⁇ in situ. A. acts as an activator of PX, and this catalysis activates PX at a high frequency.
  • the RTCP method used in the present invention exhibits excellent living polymerizability in methacrylate monomers.
  • Methacrylate monomers are known in various structures, and many monomers are commercially available as general-purpose products. Since the RTCP method can polymerize many methacrylate monomers, it is possible to design polymers having various structures by selecting the monomers to be used. That is, the RTCP method is a useful method in molecular design.
  • the RTCP method can be polymerized under mild conditions. Taking the polymerization of methacrylate monomers as an example, the polymerization proceeds under mild conditions of 30 ° C. to 50 ° C. for many monomers and exhibits high living polymerizability. Further, in the RTCP method, it is not necessary to use a strong odor compound such as a heavy metal compound or a dithiocarboxylic acid ester, or a high-cost compound, and the polymerization can be easily performed.
  • the organic iodine compound is not particularly limited as long as it can generate iodine radicals by the action of heat or light.
  • Specific examples of the organic iodine compound include alkyl iodides such as 2-iodo-1-phenylethane and 1-iodo-1-phenylethane; 2-cyano-2-iodopropane, 2-cyano-2-iodobutane, Examples thereof include cyano group-containing iodides such as 1-cyano-1-iodocyclohexane and 2-cyano-2-iodovaleronitrile.
  • organic iodine compounds may be used as they are, or organic iodine compounds synthesized by a conventionally known method may be used.
  • the organic iodine compound can be obtained, for example, by reacting an azo compound such as azobisisobutyronitrile with iodine.
  • organic halides having halogen atoms other than iodine such as bromine and chlorine, and iodide salts such as quaternary ammonium iodide and sodium iodide, a halogen exchange reaction is caused in the reaction system.
  • Organic iodine compounds may be generated.
  • a catalyst capable of generating iodine radicals by extracting iodine atoms from iodine compounds examples include phosphorus compounds such as phosphorus halides, phosphite compounds and phosphinate compounds; nitrogen compounds such as imide compounds; oxygen compounds such as phenol compounds; diphenylmethane compounds and cyclopentadiene. And hydrocarbon compounds containing an active carbon atom such as a series compound. In addition, you may use these catalysts individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the polymer dispersant of the present invention comprises a resin affinity segment A synthesized by a unique living radical polymerization method that does not use any of heavy metals, nitroxide compounds, or sulfur compounds, and a cellulose adsorptive segment B. And a polymer compound having a block copolymer structure.
  • the polymer compound is preferably an AB block copolymer that satisfies all the following requirements (1) to (5). (1) 90% by mass or more of the constituent components of the AB block copolymer are composed of methacrylate monomers.
  • the cellulose adsorbent segment B 50% by mass or more of the constituent components are composed of a methacrylate monomer having at least one hydroxyl group and / or a methacrylate monomer having a urea group, and a thermoplastic resin. There is no compatibility with.
  • the number average molecular weight in terms of polystyrene in the gel permeation chromatography of the resin affinity segment A is 500 to 20000, and the ratio of the resin affinity segment A to the entire copolymer is 5 to 95% by mass. There is.
  • the number average molecular weight in terms of polystyrene in the gel permeation chromatography of the cellulose adsorptive segment B is 500 to 20000, and the proportion of the cellulose adsorbing segment B in the entire copolymer is 5 to 95% by mass. There is. (5) The number average molecular weight in terms of polystyrene in the gel permeation chromatography of the AB block copolymer is 1000 to 40000, and the molecular weight distribution index (weight average molecular weight / number average molecular weight) is 1.0 to 1. 6.
  • a suitable polymer dispersant of the present invention is required to have a block copolymer structure having a resin affinity segment A and a cellulose adsorptive segment B.
  • a block copolymer is composed of two or more types of monomer components having different properties, in which polymer segments formed by the monomer components are covalently bonded, and two or more types of polymer segments having different properties are combined into one polymer chain. It is an included structure. Taking an AB type block copolymer composed of two types of segments as an example, the polymer segment A and polymer segment B having different properties (functionality) are covalently bonded.
  • the block copolymer has a portion where two or more types of monomer components having different properties in the polymer chain are localized for each monomer component, a random copolymer in which each monomer component is randomly arranged and In comparison, it can be expected that the performance of each component will be exhibited more. That is, by making the structure of the dispersant a block copolymer having the resin affinity segment A and the cellulose adsorptive segment B, the resin affinity performance and the cellulose adsorption performance can be sufficiently exhibited by each polymer chain. I can expect.
  • the preferred polymer dispersant structure is an AB block copolymer structure having a resin affinity segment A and a cellulose adsorbing segment B.
  • the preferred polymer dispersant of the present invention requires that 90% by mass or more of its constituent components are composed of methacrylate monomers. This is due to the following reasons. This is because, as described above, the RTCP method used in the present invention can exhibit excellent living polymerizability mainly in a methacrylate monomer, the polymerization yield is good, the molecular weight distribution is narrow, and the blocking or the gradient is easy. It is. More specifically, when an acrylic monomer, a styrene monomer, or a vinyl monomer is present, the molecular weight distribution is widened or the polymerization yield is deteriorated. Therefore, in the present invention, the constituent component is 90% by mass.
  • the polymer dispersant of the present invention is such that 90% by mass or more of its constituent components are composed of a methacrylate monomer, so that the difference in each block structure becomes a clear block copolymer. It becomes a dispersant with excellent functionality.
  • the preferred polymer dispersant of the present invention comprises a methacrylate monomer and / or a urea group in which 50% by mass or more of the constituent components of the cellulose adsorbing segment B have one or more hydroxyl groups. It is required to be composed of a methacrylate-based monomer having no compatibility with the thermoplastic resin. This is due to the following reasons. One reason is that, as described in the above (1), 90% by mass or more of the constituent components must be methacrylate monomers.
  • cellulose has a hydroxyl group in its skeleton, and hydrogen bonds between the hydroxyl groups work, so cellulose is a very strong polymer that is insoluble in water.
  • the proportion of the hydroxyl group component and / or urea group in the constituent components of the cellulose adsorbing segment B is preferably 60% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more.
  • the cellulose adsorptive segment B constituting the preferred polymer dispersant of the present invention should not have affinity, that is, compatibility with the resin used as the dispersion medium.
  • affinity that is, compatibility with the resin used as the dispersion medium.
  • the hydrogen bond is physical adsorption, and if the resin is compatible with the resin by dispersion or heating, it will be detached from the cellulose. Because there is a possibility. That is, when the compatibility with the resin is poor, the resin does not mix with the resin, and thus functions to maintain a dispersed state without being detached from the cellulose.
  • the amount of the methacrylate monomer having one or more hydroxyl groups and / or the methacrylate monomer having a urea group is set to 50% by mass or more of the constituent components of the segment B. If it is less than 50% by mass, other methacrylate monomers are used as constituent components, and depending on the other methacrylate monomer components to be selected, there is a possibility that compatibility with the resin may occur. Because. As described above, also from this point, it is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more.
  • the thermoplastic resin which is a general-purpose resin for which cellulose is to be dispersed in the present invention, generally has a low polarity. Therefore, it is different from the cellulose adsorbing segment B, which is a highly polar polymer having a large amount of hydroxyl groups and urea groups. Difficult to dissolve.
  • the polymer dispersant suitable for the present invention is required to have a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 500 to 20000 in the gel permeation chromatography of the resin affinity segment A as described in (3). Further, in order to show high resin affinity (compatibility with resin) with the resin, it is more preferably about 1000 to 8000. This is a molecular weight region where the resin affinity segment A is considered to have the highest resin affinity efficiency. Further, in the preferred polymer dispersant of the present invention, the ratio of the resin affinity segment A to the entire dispersant is required to be 5 to 95% by mass, more preferably 30 to 70% by mass.
  • the resin affinity component is relatively small and the resin affinity performance tends to be insufficient.
  • the cellulose adsorptive component is relatively decreased, and the cellulose adsorption performance may not be sufficiently exhibited.
  • the polymer dispersant suitable for the present invention is required to have a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 500 to 20000 in gel permeation chromatography of the resin affinity segment B as described in (4). Further, in order to show high cellulose adsorptivity with cellulose, it is more preferably about 1000 to 8000. This is considered to be a molecular weight region in which the cellulose adsorptive segment B seems to have the highest cellulose adsorption efficiency. Furthermore, in the preferred polymer dispersant of the present invention, the ratio of the cellulose adsorbing segment B to the entire dispersant is required to be 5 to 95% by mass. More preferably, it is 30 to 70% by mass.
  • the amount is less than 5% by mass, the cellulose adsorptive component is relatively decreased, and therefore the cellulose adsorption performance tends to be insufficient.
  • the resin affinity component is relatively reduced, and the resin affinity performance cannot be sufficiently exhibited.
  • the polymer dispersant suitable for the present invention is required to have a polystyrene-equivalent number average molecular weight of 1000 to 40000 in gel permeation chromatography of the copolymer as described in (5). Further, it is more preferably about 2000 to 16000. If the molecular weight is too large, the polymer dispersant may not be effectively processed into cellulose. Further, the molecular weight distribution index (weight average molecular weight / number average molecular weight) of the copolymer is required to be 1.0 to 1.6. More preferably, it is 1.0 to 1.5.
  • the molecular weight distribution index of this polymer dispersant represents the degree of molecular weight distribution, and a small value means that the molecular weight distribution of the dispersant (copolymer) is narrow, that is, the molecular weight is highly uniform. means. Narrow molecular weight distribution means that there are few large or small molecular weights, and that the properties of the polymer dispersant are uniform. The effect of giving a finely dispersed state can be further improved.
  • more preferable polymer compounds that function well as the polymer dispersant of the present invention include the following. 70% by mass or more of the constituent component of the cellulose adsorbing segment B of (2) is composed of a methacrylate monomer having at least one hydroxyl group and / or a methacrylate monomer having a urea group, and a thermoplastic resin.
  • the number average molecular weight in terms of polystyrene in the gel permeation chromatography of the resin affinity segment A of (3) above is 1000 to 8000, and the resin adsorbing segment A occupying the entire copolymer
  • the cellulose adsorbing ratio is 30 to 70% by mass
  • the number average molecular weight in terms of polystyrene in the gel permeation chromatography of cellulose segment B of (4) is 1000 to 8000
  • the proportion of segment B is 30 to 70% by mass
  • the resin affinity segment A hydrophobizes the surface of cellulose through the cellulose adsorptive segment B.
  • the basic resin affinity is preferably similar to the structure of the target resin or has a hydrophobic property close to that of the target resin.
  • the component is a methacrylate monomer.
  • Specific monomer components for forming the resin affinity segment A used in the present invention include, for example, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, t-butyl methacrylate, hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate.
  • a hydrocarbon group having 1 to 18 carbon atoms having low polarity more preferably a methacrylate group to which a hydrocarbon group having 8 or more carbon atoms is bonded.
  • the reason is that the compatibility with the thermoplastic resin to be used is good and the mixing property is good.
  • the cellulose adsorptive segment B exhibits an interaction with a hydroxyl group present on the surface of cellulose by hydrogen bonding.
  • the preferred cellulose-adsorbing segment B is a methacrylate monomer in which 50% by mass or more of the components of the cellulose-adsorbing segment B has one or more hydroxyl groups and / or a methacrylate group having a urea group. Consists of system monomers.
  • the hydroxyl group which exists in the surface of a cellulose forms a hydrogen bond
  • the cellulose adsorptive segment B is effectively adsorbed with cellulose, and as a result, the cellulose is hydrophobized by the effect of the resin affinity component A in the structure.
  • this segment B should not have compatibility (affinity) with the resin as the dispersion medium.
  • affinity means mixing with each other, and indicates compatibility. If the resin and the segment B have an affinity, the segment B adsorbed to the cellulose is detached from the cellulose due to the affinity for the resin and may not show a good dispersion state, which is not preferable.
  • the main component of the cellulose adsorptive segment B is a methacrylate monomer.
  • the methacrylate monomer having one or more hydroxyl groups forming the cellulose adsorptive segment B include, for example, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 2-hydroxybutyl methacrylate.
  • Hydroxyl group-containing methacrylates such as 3-hydroxybutyl methacrylate, 4-hydroxybutyl methacrylate, polyethylene glycol monomethacrylate, polypropylene glycol monomethacrylate, and glyceryl methacrylate.
  • Examples of the methacrylate monomer having a urea group that forms the cellulose adsorptive segment B include methacryloyloxyethyl urea, methacryloyloxyethyl ethylene urea, and the like.
  • the other monomer constituting the cellulose adsorbing segment B the above-mentioned alkyl, alkenyl, cycloalkyl, aromatic ring, halogen-containing methacrylate can be used, and further, a methacrylate monomer having an alkoxy group and a glycidyl group. Can also be used within the above-mentioned range of use.
  • 2-hydroxyethyl methacrylate, glyceryl methacrylate, and methacryloyloxyethylethyleneurea are general-purpose monomers and have a small molecular weight relative to one hydroxyl group or urea group, so that the number of functional groups is increased. This is preferable because the effect is high and the compatibility with the resin is poor.
  • the cellulose adsorptive segment B constituting the preferred polymer dispersant of the present invention will be described. More preferably, it may be preferable to emulsify with as little surfactant as possible, in which case 3 to 15% by mass of the monomer component to be formed is formed in forming the cellulose adsorbing segment B. It is preferable to use a methacrylate monomer having a methacrylic acid and / or carboxy group or a methacrylate monomer having a quaternary ammonium base neutralized with an alkali. These monomers are ionized monomers.
  • the cellulose adsorptive segment B As a constituent of the cellulose adsorptive segment B, if there is a water-affinity monomer such as a neutralized carboxy group or quaternary ammonium salt, in addition to the effect of increasing the adsorptivity to cellulose, however, with this configuration, it can be suitably used as an aqueous dispersion treatment agent containing a polymer dispersant. That is, by introducing a functional group such as a carboxy group or a quaternary ammonium salt into the structure of the cellulose adsorptive segment B, the segment B is dissolved in water.
  • a functional group such as a carboxy group or a quaternary ammonium salt
  • the resulting polymer dispersant can be made self-emulsifiable, and this structure has an effect of assisting the emulsifiability of the surfactant. As a result, an aqueous dispersion treatment agent can be easily obtained.
  • methacrylate monomer having a methacrylic acid and / or carboxy group or the methacrylate monomer having a quaternary ammonium base used in this case, the following may be mentioned.
  • methacrylates having carboxy groups such as methacrylic acid and methacrylate monomers having a hydroxyl group such as 2-hydroxyethyl methacrylate and a polybasic acid such as phthalic acid, dimethylaminoethyl methacrylate and diethylaminoethyl
  • examples thereof include quaternary ammonium salt-containing methacrylate monomers quaternized with methyl chloride such as methacrylate, benzyl chloride, dimethyl sulfate and the like.
  • quaternary ammonium salts of methacrylic acid, dimethylaminoethyl methacrylate, methyl chloride or benzyl chloride which have no possibility of being hydrolyzed, are preferable because they are highly versatile materials.
  • this alkali is not specifically limited. Examples thereof include organic amines such as ammonia and dimethylaminoethanol, and hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide.
  • the amount of ionized methacrylate introduced into the cellulose adsorbing segment B is 3 to 15% by mass in the segment B.
  • the amount is less than 3% by mass, the self-emulsifying property is insufficient, and a surfactant described later is required.
  • the amount is more than 15% by mass, the water resistance may be deteriorated. More preferably, it is 5 to 13% by mass.
  • this ionized methacrylate should not be introduced into the resin affinity segment. Since it is ionized, the compatibility is poor and the dispersibility of cellulose may be hindered.
  • the present invention provides a polymer dispersant for cellulose, and examples of cellulose intended for the cellulose include cellulose nanofiber (hereinafter referred to as CNF), cellulose nanocrystal (hereinafter referred to as CNC), pulp, It is preferably at least one selected from the group consisting of lignocellulose and wood flour. In particular, it is more preferable to use CNF or CNC. In the present invention, CNF and CNC are referred to as “nanocellulose”. Hereinafter, each cellulose will be described in detail.
  • Plant fibers used as raw materials for cellulose include natural cellulose obtained from natural plant materials such as wood, bamboo, hemp, jute, kenaf, cotton, beet, agricultural waste or cloth, pulp (paper) and Examples include regenerated cellulose fibers such as rayon and cellophane.
  • wood include Sitka spruce, cedar, cypress, eucalyptus, acacia
  • paper include, but are not limited to, deinked waste paper, corrugated waste paper, magazines, copy paper, and the like. .
  • One kind of plant fiber may be used alone, or two or more kinds selected from these may be used.
  • Lignocellulose is a main component of plant fibers, and is mainly composed of cellulose, hemicellulose, and lignin, and has a structure in which each is combined to form plant fibers. Pulp is obtained by removing hemicellulose and lignin from the plant fiber containing lignocellulose by mechanical treatment and / or chemical treatment to increase the pure content of cellulose. Bleaching is also performed as necessary, and the amount of delignification can be adjusted to adjust the amount of lignin in the pulp.
  • pulp chemical pulp obtained by pulping plant fiber by mechanical treatment and / or chemical treatment [craft pulp (KP), sulfite pulp (SP)], semi-chemical pulp (SCP), chemi-ground pulp (CGP) Chemimechanical pulp (CMP), groundwood pulp (GP), refiner mechanical pulp (RMP), thermomechanical pulp (TWP), chemithermomechanical pulp (CTMP), and deinked waste paper pulp based on these pulps, Corrugated waste paper pulp and magazine waste paper pulp are preferable.
  • KP craft pulp
  • SP sulfite pulp
  • SCP semi-chemical pulp
  • CGP Chemimechanical pulp
  • CMP groundwood pulp
  • RMP refiner mechanical pulp
  • TWP thermomechanical pulp
  • CMP chemithermomechanical pulp
  • deinked waste paper pulp based on these pulps
  • Corrugated waste paper pulp and magazine waste paper pulp are preferable.
  • various kraft pulps derived from conifers having strong fiber strength [unleaved kraft pulps of conifers (NUKP), unbleached kraft pulps exposed to oxygen of conifers (NOKP), and bleached kraft pulps of conifers (NBKP)] are particularly preferable.
  • the lignin content in the pulp is not particularly limited, but is usually about 0 to 40% by mass, preferably about 0 to 10% by mass. The lignin content can be measured by the Klason method.
  • Nanocellulose that can be suitably used in the present invention is cellulose obtained by unraveling (defibrating) a material containing cellulose fibers (such as wood pulp) to a nanosize level, and includes CNF and CNC.
  • cellulose microfibrils single cellulose nanofibers
  • Single cellulose nanofibers with a width of about 4 nm exist as a minimum unit and are the basic skeletal material of plants.
  • Nanocellulose is composed of multiple cellulose microfibrils or cellulose microfibrils. It is a nano-sized cellulose formed as described above.
  • CNF is a fiber obtained by subjecting cellulose fibers to a treatment such as mechanical defibration, and is a fiber having a fiber width of about 4 to 200 nm and a fiber length of about 5 ⁇ m or more.
  • the specific surface area of the CNF preferably about 70 ⁇ 300m 2 / g, more preferably about 70 ⁇ 250m 2 / g, more preferably about 100 ⁇ 200m 2 / g.
  • the average fiber diameter of CNF is usually about 4 to 200 nm, preferably about 4 to 150 nm, and particularly preferably about 4 to 100 nm.
  • Examples of a method for defibrating plant fibers and preparing CNF include a method for defibrating cellulose fiber-containing materials such as pulp.
  • a method for defibrating cellulose fiber-containing materials such as pulp.
  • the defibrating method for example, an aqueous suspension or slurry of a cellulose fiber-containing material is mechanically ground by a refiner, a high-pressure homogenizer, a grinder, a uniaxial or multiaxial kneader (preferably a biaxial kneader), a bead mill or the like.
  • a method of defibration by crushing or beating can be used. You may process combining the said defibrating method as needed.
  • these defibrating methods for example, the defibrating methods described in JP2011-213754A and JP2011-195738A can be used.
  • CNC is a crystal obtained by subjecting cellulose fibers to chemical treatment such as acid hydrolysis, and is a crystal having a crystal width of about 4 to 70 nm and a crystal length of about 25 to 3000 nm.
  • the specific surface area of the CNC is preferably about 90 to 900 m 2 / g, more preferably about 100 to 500 m 2 / g, and still more preferably about 100 to 300 m 2 / g.
  • the average crystal width of the CNC is usually about 10 to 50 nm, preferably about 10 to 30 nm, and particularly preferably about 10 to 20 nm.
  • the average crystal length of the CNC is usually about 500 nm, preferably about 100 to 500 nm, and particularly preferably about 100 to 200 nm.
  • a known method can be adopted as a method of preparing a CNC by defibrating plant fibers.
  • a chemical method such as acid hydrolysis of the aqueous suspension or slurry of the cellulose fiber-containing material with sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrobromic acid or the like can be used. You may process combining the said defibrating method as needed.
  • the average value of the fiber diameter of nanocellulose in the present invention is an average value when measuring at least 50 nanocelluloses in the field of view of an electron microscope. It is.
  • Nanocellulose has a high specific surface area (preferably about 200 to 300 m 2 / g), is lighter and has higher strength than steel. Nanocellulose also has low thermal deformation (low thermal expansion) compared to glass.
  • Nanocellulose preferably has cellulose I-type crystals and a crystallinity as high as 50% or more.
  • the cellulose I type crystallinity of the nanocellulose is more preferably 55% or more, and still more preferably 60% or more.
  • the upper limit of the crystallinity of cellulose I type of nanocellulose is generally about 95% or about 90%.
  • the cellulose type I crystal structure is, for example, as described in “The Dictionary of Cellulose”, the first edition of the first edition, pages 81 to 86, or pages 93 to 99, published by Asakura Shoten. Most natural celluloses are cellulose I Type crystal structure. On the other hand, not cellulose I type crystal structure but cellulose fibers of, for example, cellulose II, III, and IV type are derived from cellulose having cellulose I type crystal structure. Above all, the I-type crystal structure has a higher crystal elastic modulus than other structures.
  • nanocellulose having an I-type crystal structure is preferable.
  • a composite material having a low linear expansion coefficient and a high elastic modulus can be obtained when a composite material of nanocellulose and a matrix resin is used.
  • ethanol is added to a nanocellulose slurry to prepare a nanocellulose concentration of 0.5% by mass.
  • vacuum filtration (5C filter paper manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd.) is quickly started.
  • the obtained wet web is heated and compressed at 110 ° C. and a pressure of 0.1 t for 10 minutes to obtain a CNF sheet of 50 g / m 2 .
  • the polymerization degree of cellulose is about 500 to 10,000 for natural cellulose and about 200 to 800 for regenerated cellulose.
  • Cellulose is a bundle of several celluloses that are linearly stretched by ⁇ -1,4 bonds, which are fixed by intramolecular or intermolecular hydrogen bonds to form crystals that are elongated chains. . It has been clarified by X-ray diffraction and solid state NMR analysis that many crystal forms exist in the crystal of cellulose, but the crystal form of natural cellulose is only type I. From the X-ray diffraction and the like, it is estimated that the ratio of crystal regions in cellulose is about 50 to 60% for wood pulp and about 70% for bacterial cellulose.
  • cellulose Due to the fact that cellulose is an extended chain crystal, cellulose not only has a high elastic modulus, but also exhibits a strength five times that of steel and a linear thermal expansion coefficient of 1/50 or less that of glass. Conversely, breaking the crystal structure of cellulose leads to the loss of excellent characteristics such as high elastic modulus and high strength of cellulose.
  • an aqueous dispersion of a polymer dispersant using a cationic surfactant as an aqueous dispersion treatment agent and add this to cellulose.
  • the present inventors have intensively studied, and as a result, in a system using water as a main medium, a simple method for obtaining a readily dispersible cellulose composition useful as a precursor for obtaining a cellulose-dispersed resin composition. I found it. That is, it is effective to introduce a methacrylate monomer having an ionic group as described above into the cellulose adsorbing segment B and self-emulsify.
  • the polymer dispersant of the present invention can be prepared in a solvent containing water as a main component by using a surfactant.
  • An aqueous dispersion of a molecular dispersant can be added to cellulose, and the polymer dispersant can be processed into cellulose in a system using water as the main medium.
  • the polymer dispersant is dissolved in a hydrophilic organic solvent solution, a cationic surfactant is added thereto, and then water is added.
  • a useful easily dispersible cellulose composition can be obtained.
  • the treatment agent comprising the aqueous dispersion of the polymer dispersant thus obtained is added to cellulose, it is easy to carry out the above-mentioned reason and stirring in the treatment step, and to carry out a uniform mixing treatment. For this reason, it is preferable to use cellulose in a water-containing state.
  • the cationic surfactant used above is not particularly limited, and conventionally known cationic surfactants can be used. Specific examples include alkanoic acids, phosphates, sulfonates, betaine structure activators of organic amines, and surfactants of quaternary ammonium salts.
  • the amount of the surfactant used relative to the polymer dispersant is not particularly limited, but is about 5 to 30%, more preferably 10 to 20%, based on the mass, with respect to the polymer surfactant 100. . If it is less than 5%, a sufficient emulsified state cannot be obtained, and if it is more than 30%, the surfactant may adversely affect the physical properties.
  • the cellulose-dispersed resin composition of the present invention can be obtained by melt-kneading the easily dispersible cellulose composition obtained as described above and a general-purpose resin.
  • the resin used at this time is preferably a thermoplastic resin because it is preferable to obtain a cellulose-dispersed resin composition by melt-kneading.
  • the thermoplastic resin include olefin resins, nylon resins, polyamide resins, polycarbonate resins, polysulfone resins, polyester resins, cellulose resins such as triacetylated cellulose, and diacetylated cellulose.
  • Polyamide resins include polyamide 6 (PA6, ring-opening polymer of ⁇ -caprolactam), polyamide 66 (PA66, polyhexamethylene adipamide), polyamide 11 (PA11, polyamide obtained by ring-opening polycondensation of undecane lactam), Examples include polyamide resin (PA12, polyamide obtained by ring-opening polycondensation of lauryl lactam) and the like, a rubber resin before vulcanization, and the like.
  • olefin-based resin when a cellulose-dispersed resin composition is used, it is preferable to use an olefin-based resin from the advantage that the reinforcing effect can be sufficiently obtained and the advantage that it is inexpensive.
  • the olefin resin include polyethylene resin, polypropylene resin, vinyl chloride resin, styrene resin, (meth) acrylic resin, vinyl ether resin, and the like. These thermoplastic resins may be used alone or as a mixed resin of two or more.
  • high-density polyethylene HDPE
  • low-density polyethylene LDPE
  • biopolyethylene and the like because of the advantage that a sufficient reinforcing effect can be obtained when used as a resin composition and the advantage of being inexpensive.
  • Polyethylene resin (PE), polypropylene resin (PP), vinyl chloride resin, styrene resin, (meth) acrylic resin, vinyl ether resin and the like are preferable.
  • the resulting cellulose-dispersed resin composition has good cellulose dispersibility and mechanical properties due to the polymer dispersant of the present invention.
  • a dispersant-containing resin composition for cellulose dispersion having good cellulose dispersibility By kneading the polymer dispersant for cellulose dispersion of the present invention in advance with a resin, a dispersant-containing resin composition for cellulose dispersion having good cellulose dispersibility can be obtained.
  • the obtained dispersant-containing resin composition becomes a precursor of the cellulose-dispersed resin composition.
  • the resin and the polymer dispersant are uniformly dispersed.
  • the dispersant for dispersing the cellulose using the polymer dispersant of the present invention In the containing resin composition, usually, many hydrophilic points can be secured on the resin surface that is not familiar with the hydrophilic cellulose surface.
  • the concentration of the polymer dispersant in the master batch is preferably 1% to 60%. That is, if the concentration is higher than this, poor dispersion in the resin occurs, and if it is less than 1%, the cellulose aggregation suppressing ability when kneaded with cellulose cannot be sufficiently obtained. It is preferably 10% to 40%, more preferably 20% to 30%.
  • thermoplastic resin As the resin used in this case, a thermoplastic resin is used because it is preferable to obtain a cellulose-dispersed resin composition by melt-kneading.
  • thermoplastic resin include olefin resins, nylon resins, polyamide resins, polycarbonate resins, polysulfone resins, polyester resins, cellulose resins such as triacetylated cellulose, and diacetylated cellulose.
  • Polyamide resins include polyamide 6 (PA6, ring-opening polymer of ⁇ -caprolactam), polyamide 66 (PA66, polyhexamethylene adipamide), polyamide 11 (PA11, polyamide obtained by ring-opening polycondensation of undecane lactam), And polyamide 12 (PA12, polyamide obtained by ring-opening polycondensation of lauryl lactam).
  • PA6 ring-opening polymer of ⁇ -caprolactam
  • PA66 polyhexamethylene adipamide
  • PA11 polyamide obtained by ring-opening polycondensation of undecane lactam
  • PA12 polyamide obtained by ring-opening polycondensation of lauryl lactam
  • olefin-based resin when a cellulose-dispersed resin composition is used, it is preferable to use an olefin-based resin from the advantage that the reinforcing effect can be sufficiently obtained and the advantage that it is inexpensive.
  • the olefin resin include polyethylene resin, polypropylene resin, vinyl chloride resin, styrene resin, (meth) acrylic resin, vinyl ether resin, and the like. These thermoplastic resins may be used alone or as a mixed resin of two or more.
  • high-density polyethylene HDPE
  • low-density polyethylene LDPE
  • biopolyethylene and the like because of the advantage that a sufficient reinforcing effect can be obtained when used as a resin composition and the advantage of being inexpensive.
  • Polyethylene resin (PE), polypropylene resin (PP), vinyl chloride resin, styrene resin, (meth) acrylic resin, vinyl ether resin, etc. are preferable.
  • a cellulose-dispersed resin composition can be obtained by kneading water-containing cellulose and the above-described dispersant-containing resin composition for dispersing cellulose. In kneading, an untreated resin may be added for the purpose of adjusting the cellulose concentration and the dispersant concentration.
  • the cellulose-dispersed resin composition thus obtained has good cellulose dispersibility and mechanical properties since the polymer dispersant of the present invention is used.
  • Example 1 Synthesis of polymer dispersant-1 by RTCP method
  • DMDG diethylene glycol dimethyl ether
  • DCPOEMA dicyclopentenyloxyethyl methacrylate
  • the polymerization rate referred to below is a value calculated from the solid content concentration. Further, when the molecular weight was measured by gel permeation chromatography using a tetrahydrofuran (hereinafter abbreviated as THF) solvent, the number average molecular weight (hereinafter abbreviated as Mn) was 4900 in terms of polystyrene, and the molecular weight distribution (weight average molecular weight / number). The average molecular weight (hereinafter abbreviated as PDI) was 1.33.
  • the molecular weight is a molecular weight conversion of polystyrene of GPC in THF solvent.
  • the polymer block A obtained above functions as a resin affinity segment, as will be described later.
  • HEMA 2-hydroxyethyl methacrylate
  • the polymer dispersant-1 which is the AB block copolymer of Example 1 having the polymer block of the resin affinity segment A and the polymer block of the cellulose adsorptive segment B A polymerization solution was obtained. Since the polymerization rate of the polymer block A is 85%, the residual monomer is 10.5 parts, then the polymer block B is added, and the polymerization rate is 100%, so the hydroxyl group contained in the polymer block B The content of the methacrylate monomer having is 74%.
  • Example 2 Synthesis of polymer dispersant-2 by RTCP method
  • GLMA glyceryl monomethacrylate
  • HEMA HEMA
  • the polymerization yield of the polymer block A is 80%, the number average molecular weight is 3900, the PDI is 1.28, the overall polymerization yield is almost 100%, the overall Mn is 8100, and the PDI is 1. 42.
  • the content of the methacrylate having a hydroxyl group of B is 68% when calculated in the same manner as in Example 1.
  • Example 2 Compared to Example 1, the amount of monomer having a hydroxyl group is small, but it is considered that the amount is sufficient when the number of hydroxyl groups is used. This was precipitated in the same manner as in Example 1 to obtain a resin solid. This is designated as Polymer Dispersant-2.
  • Example 3 Synthesis of polymer dispersant-3 by RTCP method
  • the AB and the block copolymer were synthesized as follows by changing the solvent and the monomer. That is, diethylene glycol diethyl ether was used as the solvent instead of DMDG, and polymer block A was synthesized using stearyl methacrylate (SMA) instead of DCPOEMA of polymer block A.
  • SMA stearyl methacrylate
  • the polymerization rate of the polymer block A was almost 100%, and the number average molecular weight was 5600 and PDI was 1.15.
  • the polymer block B was polymerized by mixing 3 parts of the same amount of HEMA and methacrylic acid (MAA).
  • the polymerization rate was almost 100%, and the number average molecular weight was 7700 and PDI 1.25.
  • Example 4 Synthesis of polymer dispersant-4 by RTCP method
  • the AB and the block copolymer were synthesized as follows by changing the solvent and the monomer. That is, propylene glycol monopropyl ether was used instead of DMDG as a solvent, and 100 parts of lauryl methacrylate (LMA) and 40 parts of DCPOEA were used instead of DCPOEMA of polymer block A.
  • LMA lauryl methacrylate
  • DCPOEA DCPOEMA of polymer block A.
  • the polymerization rate of the polymer block A was almost 100%, and the number average molecular weight was 9800 and PDI was 1.15.
  • the polymer block B was replaced with HEMA in a methyl methacrylate solution of methacryloyloxyethylethylene urea (manufactured by BASF, 25% by mass of an active ingredient methyl methacrylate solution by depressurizing the methyl methacrylate to remove 50% of the active ingredient). 70 parts) was added and polymerized. The polymerization rate was almost 100%, the number average molecular weight was 12000, and the PDI was 1.46. The number average molecular weight of the polymer block B is 2200, and the content of the methacrylate monomer having a urea group is 50% by mass. This was precipitated in the same manner as in Example 1 to obtain a resin solid. This is designated as Polymer Dispersant-4.
  • Example 5 Synthesis of polymer dispersant-5 by RTCP method
  • the polymerization time was changed to 9 hours to obtain a polymer block A.
  • the polymerization rate was 100%
  • the number average molecular weight was 5600
  • PDI was 1.40.
  • 30 parts of HEMA and 13.3 parts of 30% by mass of propylene glycol monopropyl ether of methacryloyloxyethylbenzyltrimethylammonium chloride were added and polymerized.
  • the molecular weight of the obtained polymer was measured by changing from GPC in THF solvent to GPC using 10 ml / L of dimethylformamide solution of lithium bromide as a developing solvent.
  • the polymerization rate was almost 100%, and the number average molecular weight was 8200 and PDI was 1.40.
  • the number average molecular weight of the polymer block B is 1600, the content of the methacrylate monomer having a hydroxyl group is 88.2% by mass, and the content of the monomer having an ionic group is 11.8%.
  • Comparative polymer dispersant of Comparative Example 2 which is an AB block copolymer having a polymer block of resin affinity segment A and a polymer block of cellulose adsorbing segment B by the LRP method using heavy metals as described above. 2 polymerization solution was obtained.
  • the reaction system While flowing nitrogen gas, it was heated to 105 ° C. over 1 hour. Then, the reaction system was kept at 105 ° C. and polymerized for 5 hours to obtain a polymer block of resin affinity segment A. As a result of sampling a part and calculating from the solid concentration in the reaction system, the polymerization rate was 78%. Further, the molecular weight was 4200, the PDI was 1.62, and the molecular weight distribution was wide.
  • Comparative Polymer Dispersant-3 of Comparative Example 3 which is an AB block copolymer having a polymer block of resin affinity segment A and a polymer block of cellulose adsorbing segment B by NMR method. A solution was obtained.
  • Comparative Polymer Dispersant-4 of Comparative Example 4 which is an AB block copolymer having a polymer block of resin affinity segment A and a polymer block of cellulose adsorptive segment B by RAFT method Got.
  • the obtained polymerization solution was a yellowish transparent solution, but was a resin solution having a mercapto malodor.
  • the polymerization solution obtained above was precipitated in a water / methanol mixed solution in the same manner as in Example 1, washed with a water / methanol solution, and the resulting precipitate was dried at 80 ° C. for 24 hours, 98 parts of solid comparative polymer dispersant-4 of Comparative Example 4 were obtained.
  • the RAFT method used in Comparative Example 4 has a very odor of sulfur compounds, and is considered to be inappropriate in terms of workability and processing steps.
  • the above-described thioester compound is special, unsuitable for mass production, and considered to be disadvantageous in cost when put to practical use. Compared with this, the polymerization method defined in the present invention is very advantageous. It was suggested that
  • Example 6 (Treatment of polymer dispersant-1 to cellulose) 10 parts of the polymer dispersant-1 prepared above was dissolved in 25 parts of DMDG, and 0.2 parts of oleylamine acetate as a cationic surfactant was added thereto, and the mixture was stirred uniformly. 64.8 parts were added dropwise to obtain 100 parts of a 10% by weight polymer dispersant-1 aqueous dispersion treatment solution. In the obtained solution, Polymer Dispersant-1 was dispersed in a pale yellow turbid state, and no sedimentation was confirmed even after standing for 24 hours.
  • Example 7 Similarly, in place of the polymer dispersant-1 of Example 1, the same water treatment dispersion was performed using the polymer dispersant-2 of Example 2 and the polymer dispersant-4 of Example 4. A solution of the treating agent was prepared. Similarly, it was dispersed in a pale yellow turbidity, and no sedimentation was confirmed. Subsequently, CNF-1 was treated in the same manner to obtain an easily dispersible cellulose composition.
  • Example 9 To 40 parts of the water-containing CNF-1 (solid content: 25%) prepared earlier, 100 parts of the aqueous dispersion treatment solution of the polymer dispersant-3 or -5 obtained above was added, and By mixing, an easily dispersible cellulose composition obtained by treating the polymer dispersant-1 with cellulose was obtained.
  • Comparative Examples 5 to 8 (Processing of Comparative Polymer Dispersions-1 to 4 into Cellulose)
  • the comparative polymer dispersants 1 to 4 prepared in Comparative Examples 1 to 4 were each treated with CNF-1 in the same manner as in Example 2, and each polymer dispersant was 140 parts of each of the treated cellulose compositions of Comparative Examples were obtained.
  • the obtained CNF compositions were referred to as Comparative Examples 5 to 8.
  • Example 11 (Preparation of kneading composition containing easily dispersible cellulose composition and resin) To 40 parts of the easily dispersible cellulose composition prepared by treating the polymer dispersant-1 prepared in Example 6 with cellulose, fine particle polyethylene [manufactured by Sumitomo Seika, Flow Beads HE3040 (trade name), hereinafter “particulate 80 parts of “PE” (abbreviated as “PE”) was added with 50 parts of water and mixed. The obtained mixture is filtered and dried to remove water and DMDG in the mixture, and cellulose, which is a mixed composition of CNF-1 treated with the polymer dispersant-1 and particulate PE 98 parts of a dispersed resin composition were obtained.
  • PE fine particle polyethylene
  • Examples 12 to 15 (Preparation of a kneading composition containing an easily dispersible cellulose composition and a resin) Similar cellulose-dispersed resin compositions were obtained using the easily dispersible cellulose compositions of Examples 7 to 10 instead of the easily dispersible cellulose composition of Example 11 of Example 11.
  • dumbbell piece (dumbbell thickness: 2 mm), which was used as an evaluation sample.
  • a tensile test was performed with a tensile tester (manufactured by Instron: Universal Tester 5900 series) at a tensile speed of 10 mm / min, and the tensile modulus and tensile strength were measured. evaluated.
  • a tensile tester manufactured by Instron: Universal Tester 5900 series
  • Comparative Examples 9 to 12 Kneading of resin composition containing polymer dispersant-treated CNF and resin
  • a mixed composition with PE was prepared in the same manner as in Example 3, and this was used.
  • Biaxial extrusion kneading, injection molding, and tensile tests were performed to evaluate the tensile modulus and tensile strength. This is designated as Comparative Examples 9-12.
  • the results are summarized in Table 3.
  • Example 16 (Preparation of dispersant-containing resin composition for cellulose dispersion) 119.8 parts of the polymer dispersant-1 polymer solution synthesized in Example 1 (solid content concentration: 50.1%) was added to 1000 parts of water with stirring to precipitate polymer dispersant-1. And finely pulverized in water by stirring at high speed. Next, 140 parts of the same fine particulate PE as used in Example 3 was added, stirred uniformly with the polymer dispersant-1, filtered, dried at 80 ° C., and polymer dispersant- 199 parts of a cellulose-containing dispersant-containing resin composition containing 1 and fine-particle PE were obtained.
  • the biaxial extrusion kneading of this composition was carried out under a kneading condition of 140 ° C., discharged into a fine strand, cooled, and cut with a pelletizer, to obtain a kneaded composition of fine granular polymer dispersant-1 and PE resin. Obtained.
  • polymer dispersant-1 and PE resin are contained in a ratio of 30% by mass and 70% by mass.
  • Example 17 (Preparation of cellulose-dispersed resin kneaded composition) 40 parts of water-containing CNF-1 (solid content: 25%) was added to 500 parts of water and stirred at a high speed to make CNF-1 slurry in water. Next, 33.3 parts of the finely divided kneaded composition prepared in Example 4 and 56.7 parts of finely divided PE were added to the slurry, and the mixture was stirred and homogenized. 120 parts of a mixed composition were obtained. This mixed composition in a water-containing state contains 10 parts as Polymer Dispersant-1, 10 parts as CNF-1, 80 parts as PE resin, and 20 parts of water. This mixed composition was put into a twin screw extruder while containing water, and kneaded.
  • the kneading temperature was 140 ° C., and the vent holes were opened for water removal.
  • the mixture was discharged in a strand shape, cooled, and cut with a pelletizer to obtain PE resin pellets in which CNF-1 was dispersed.
  • the injection molding and the tensile test were implemented similarly to Example 3, and the tensile elasticity modulus and the tensile strength were evaluated. The results are shown in Table 3.
  • Table 1 summarizes the differences in the structures of the AB block copolymers obtained by polymerizing the polymer dispersants of Example-1 and Comparative Example by different polymerization methods.
  • Table 2 summarizes the differences between the polymerization methods used in obtaining the polymer dispersants of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4, respectively. Specifically, for each of the polymerization conditions, the ease of controlling the molecular structure of the resulting copolymer, the low polymerization temperature, the generation of odor, the ease of purification, and the low cost, “ ⁇ , Relative evaluation was performed in three stages, “ ⁇ , ⁇ ”, and the results are summarized in Table 2. Further, as described above, the results of comparing the mechanical properties of the kneaded resin compositions of CNF-1 and finely divided PE, which were respectively prepared using the polymer dispersants of Examples and Comparative Examples, were compared. Table 3 summarizes the results.
  • an unprecedented high-performance polymer dispersing agent for cellulose that can be applied to cellulose, which is a hydrophilic substance is provided simply and economically in consideration of the environment.
  • cellulose which is a hydrophilic substance
  • it is a natural material that can be regenerated, and although it has attracted attention as an excellent filler, it is a hydrophilic substance, so it is difficult to disperse into general-purpose resins. It is possible to realize a wide use of fine cellulose fibers that have not been made.
  • the remarkable effect of the present invention is that an unprecedented high-performance polymer dispersant for cellulose that can be applied to cellulose, which is a hydrophilic substance, is provided simply and with high yield.
  • a cellulose composition that is easily dispersible in a thermoplastic resin which is a general-purpose resin containing a polymer dispersant and cellulose, can be easily obtained.
  • the cellulose-dispersed resin composition provided by the present invention is expected to be widely used because it has excellent mechanical properties and high practical value.

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Abstract

 親水性物質であるセルロースに適用することができる高性能の高分子分散剤の提供、該セルロース用高分子分散剤をセルロースに適用し、熱可塑性樹脂中に分散させた場合に、より簡便に、多量の有機溶剤を使用することがない、環境にも配慮した方法で安定したセルロースの分散を実現したセルロース分散樹脂組成物を得る実用化技術を達成することを目的とし、該目的を、高分子分散剤を、重金属、ニトロキサイド化合物又は硫黄系化合物のいずれについても用いない、有機ヨウ素化合物を開始化合物とし、リン化合物、窒素化合物、酸素化合物又は炭素化合物を触媒とする、可逆連鎖移動触媒重合(RTCP)法により合成された、樹脂親和性セグメントAと、セルロース吸着性セグメントBとを有するブロック共重合体構造を有する高分子化合物であるセルロース用高分子分散剤としたことで達成する。

Description

セルロース用高分子分散剤、該高分子分散剤含有の水系分散処理剤、易分散性セルロース組成物、セルロース分散樹脂組成物、及び、セルロース分散用分散剤含有樹脂組成物
 本発明は、優れたフィラーとしての機能が注目されているものの、親水性の物質であることから、樹脂等への分散が難しく、現状では、その利用が促進されていない微細なセルロース繊維の広範な利用の実現を可能にする新たな技術に関し、具体的には、セルロース用高分子分散剤、高分子分散剤含有の水系分散処理剤、易分散性セルロース組成物、セルロース分散樹脂組成物及びセルロース分散用の分散剤含有樹脂組成物に関する。
 セルロース繊維は、全ての植物の基本骨格物質であり、地球上に一兆トンを超える蓄積があり、植樹によって再生可能の資源であることからも、その有効活用が望まれる。セルロース繊維は、鋼鉄の1/5の軽さであるにも関わらず、鋼鉄の5倍以上の強度、ガラスの1/50の低線熱膨張係数を有する繊維である。そこで、セルロース繊維を、樹脂等のマトリックス中にフィラーとして含有させ、機械的強度を付与させる技術が提案されている(特許文献1)。また、セルロース繊維が有する機械的強度を更に向上させる目的で、セルロース繊維を解繊して、セルロースナノファイバー(CNF、ミクロフィブリル化植物繊維)が添加剤中に分散した状態で存在するようにした繊維状樹脂補強剤についての提案がある(特許文献2)。また、CNFと同様にセルロース繊維を解繊処理したものとして、セルロースナノクリスタル(CNC)が知られている。CNFは、セルロース繊維を機械的解繊等の処理を施すことで得られる繊維であり、繊維幅4~100nm程度、繊維長5μm程度以上の繊維である。CNCは、セルロース繊維を酸加水分解等の化学的処理を施すことで得られる結晶であり、結晶幅10~50nm程度、結晶長500nm程度の結晶である。これらCNF及びCNCは、総称してナノセルロースと称される。ナノセルロースは、高比表面積(250~300m2/g)であり、鋼鉄と比較して軽量であり且つ高強度である。
 ナノセルロースは、ガラスと比較して熱変形が小さい。高強度且つ低熱膨張であるナノセルロースは、持続型資源材料として有用な素材であり、例えば、ナノセルロースと樹脂等の高分子材料と組み合わせて高強度・低熱膨張とする複合材料、エアロゲル材料、CNCの自己組織化によるキラルネマチック液晶相を利用した光学異方性材料、ナノセルロースに機能性官能基を導入して高機能性材料の開発及び創製がなされている。一方で、ナノセルロースは、水酸基を豊富に有するので、親水性で極性が強く、疎水性で極性の無い汎用性樹脂との相溶性に劣る側面がある。このため、ナノセルロースを用いた材料開発では、化学処理により、ナノセルロースの表面改質又はナノセルロースへの官能基導入を行い、ナノセルロースの汎用性樹脂との相溶性を向上させることが検討されている。つまり、ナノセルロースの汎用性樹脂に対する分散性を向上させることが検討されている。
 また、セルロース繊維をフィラーとして含む汎用性樹脂組成物の作製において、分散剤を添加して、セルロース繊維と汎用性樹脂との分散性、相溶性を向上させることが検討されている。非特許文献1では、セルロースナノクリスタル(セルロースナノウィスカー)に界面活性剤を吸着させて、セルロースナノクリスタルの有機溶媒分散性を向上させている。非特許文献2では、界面活性剤を吸着したセルロースナノクリスタルを補強材としたアイソタクチックポリプロピレン(iPP)複合材料を作製し、iPP単独に比べて約1.4倍に引張強度を向上させている。前記した特許文献2では、熱可塑性樹脂の補強材としてセルロースを利用する場合に、セルロースの凝集塊の発生を抑え、樹脂にセルロースを均一に分散する目的で、セルロースファイバーと親水性であり且つ特定のHLB値(親水親油バランス)を有する添加剤(低分子系界面活性剤)を用い、セルロースファイバーが添加剤中に分散した状態にさせている。
 前記した従来例ではいずれも、分散剤として低分子化合物を用いてナノセルロースの分散性向上を試みている。これに対し、本発明者らは、顔料等の微細な疎水性物質を樹脂や、水系媒体中に分散させるために開発されてきた高分子分散剤を、簡便で、多量の有機溶剤を使用することがない環境にも配慮した方法で、親水性物質であるセルロースに適用することができれば、実用化に向けて非常に有用であるとの認識を持つに至った。しかしながら、上記したように、従来の高分子分散剤は、微細な疎水性物質である顔料等を樹脂中等に分散することを目的としたものであるのに対し、セルロースは、親水性の物質であって、しかも、軽くて凝集し易く、特に汎用樹脂中に分散しにくいものであり、顔料等を分散させる場合と同様にして従来の高分子分散剤を適用することはできない。すなわち、上記した目的を達成するためには、上記したような特性を有するセルロースに対し、所望の機能性を発揮し得る構造の高分子分散剤の開発が必要になる。
 ここで、セルロースの汎用樹脂への分散に、高分子分散剤を用いることができれば、以下に挙げるような技術的な利点があると考えられる。まず、モノマー設計によって多種多様な構造の高分子設計が可能であるので、目的、用途に応じた分子設計が可能になる点が挙げられる。すなわち、高分子分散剤として無数の構造の設計が可能なため、モノマー設計によって、分散させる樹脂の種類等に適合させた、より高性能の分散剤の合成が期待できる。高分子分散剤としては、オレフィン系ポリマー、アクリル系ポリマー、エステル系ポリマー、ウレタン系ポリマーなど、様々な種類のものが使用できると考えられる。その中で、特にアクリル系ポリマーは、穏和な条件で重合が可能で比較的容易にポリマーを得ることができ、また、多種多様なアクリル系モノマーが存在するために、配合上無数の組成を選択し、目的、用途に応じた分子設計がし易いため、より有用であることが予想される。
 そこで、本発明者らは、アクリル系ポリマーをセルロース用高分子分散剤とすることについての検討を行うこととした。更に、その場合に、水酸基を豊富に有し、疎水性で極性の無い汎用性樹脂との相溶性に劣るセルロースの分散に有用になる、特定構造を有するアクリル系ポリマーを得るためには、精密な合成方法が必要になると予想される。そこで、特定構造を有するアクリル系ポリマーを製造できることが知られているリビングラジカル重合による合成方法を利用することが好適であると考えた。すなわち、リビングラジカル重合法では、末端ラジカルが安定化されることにより、ラジカル重合の副反応であるカップリングや不均化を防止し、分子量を制御したり、分子量分布を狭くしたりすることができる。また、末端ラジカルが安定化できるために、あるモノマーを重合した後に、続けて別のモノマーを添加することで、再び重合を進行させることができ、それぞれに異なる構造とすることで、異なる機能性を発現する重合体セグメントを有するブロック共重合体を合成することができる。
 これに対し、本発明が目的とするセルロース用高分子分散剤においては、以下の理由から、その構造中に機能性の異なる重合体セグメントを有するブロック共重合体構造のものが有用であると考えられる。ブロック共重合体は、成分の異なる2種類以上のポリマーセグメントが1本のポリマー鎖に含まれた構造であるため、モノマー組成を工夫することで、それぞれの重合体セグメントに異なる機能性を付与できるという利点がある。例えば、異なるモノマー組成(成分)からなるA鎖とB鎖からなるA-B型ブロック共重合体を例にとって説明すれば、ポリマーセグメントA(A鎖)を、汎用性樹脂と親和性の高い成分を有するものとし、一方で、ポリマーセグメントB(B鎖)を、セルロースと吸着する成分を有するものとなるようにA-Bブロック共重合体を設計できれば、該共重合体を分散剤として利用することで、A鎖とB鎖とがそれぞれ効果的に作用して、汎用性樹脂中におけるセルロースの凝集抑制、分散安定化が期待できる。すなわち、樹脂親和性セグメントA及びセルロース吸着性セグメントBを有するA-Bブロック共重合体をセルロース分散樹脂組成物の分散剤として用いた場合、種々の成型体等に利用されている汎用樹脂中へのセルロースの分散性が良好となり、フィラーとして成型体等の機械的強度を十分に高めることが期待できる。
 前記したように、このようなブロック共重合体の合成には、リビングラジカル重合法が適している。リビングラジカル重合法としては、具体的には、下記に挙げるような種々の方法が報告されている。例えば、ニトロキシラジカルの解離と結合を利用するニトロキサイド法(Nitroxide mediated polymerization 以下、NMP法と略す)、銅やルテニウム、ニッケル、鉄などの重金属、そして、それと錯体を形成するリガンドを使用して、ハロゲン化合物を開始化合物として重合する原子移動ラジカル重合(Atom Transfer Radical Polymerization、以下ATRP法と略す)、ジチオカルボン酸エステルなどを開始化合物として、付加重合性モノマーとラジカル開始剤を使用して重合する可逆的付加開裂型連鎖移動重合(Reversible addition fragmentation chain transfer polymerization 以下、RAFT法と略す)、有機テルルや有機ビスマス、有機アンチモン、ハロゲン化アンチモン、有機ゲルマニウム、ハロゲン化ゲルマニウム等の重金属化合物を用いる方法(Degenerative transfer 以下、DT法と略す)などが開発され、幅広く研究開発が行われている。
特開2008-266630号公報 国際公開第2012/111408号
Heuxら、Langmuir、Vol.16、No.21、2000、8210-8212 Ljungbergら、Polymer、Vol.47、2006、6285-6292
 しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記の重合方法は、それぞれ、下記に挙げる課題があり、本発明が目的とする実用化が可能なセルロース用高分子分散剤の製造方法としては、最適なものであるとは言い難い。具体的には、前記NMP法では、100℃以上の高温で重合させる必要があり、また、重合率を上げるには、溶剤を使用せずにモノマー単独で重合する必要があり、重合条件が厳しい。更に、メタクリレート系モノマーは、一般的にNMP法では反応が進行せず、それらの問題を解決するためには特殊なニトロキサイド化合物が必要であり、特殊なニトロキサイド化合物を合成することは煩雑で困難である。
 また、前記ATRP法では、重金属を使用する必要があり、重合後には、重金属が残留し、樹脂が着色するといった問題があり、微量といえども重金属をポリマーから除去し、精製する必要が生じる。そして、ポリマーを精製する場合には、精製処理において生じる排水や廃溶剤中にも環境への負荷が高い重金属が含まれているので、それらからも重金属を除去して浄化する必要がある。また、銅を使用したATRP法では、その重合の雰囲気として酸素を除去する必要がある。この場合、還元剤を添加して酸素の影響を受けづらくする方法があるが、重合が途中で停止してしまう可能性があり、酸素を十分に除去することが必須である。更には、アミン化合物をリガンドとして金属錯体を形成し重合する方法では、酸性物質があると錯体の形成を阻害するので、酸基を有するモノマーを使用して重合することは困難である。
 前記RAFT法では、そのジチオカルボン酸エステルなどの特殊な化合物を合成する必要性がある。また、硫黄系の化合物を使用することから、硫黄系の不快な臭気が残り、また着色もあり、これらの臭気や着色をポリマーから除去する必要がある。また、アミノ基を有するモノマーでは、ジチオカルボン酸エステルが分解して重合が進行しない。
 前記DT法では、ATRP法と同様に重金属を使用するので、前記したようにポリマーからの重金属の除去が必要となり、除去した場合は重金属を含む排水の浄化の問題がある。更に、必要に応じてその金属触媒や有機金属化合物を合成することが必要であるが、煩雑でありコストも高い場合がある。
 このように、上記に挙げたように、リビングラジカル重合法には、反応温度や濃度に制限がある、重金属の使用及びその除去が必要である、特殊な化合物が必要である等、様々な制限がある。したがって、セルロース用高分子分散剤としてブロック共重合体を使用する場合、ブロック共重合体の合成方法として、上記に挙げた従来のリビングラジカル重合法は必ずしも好ましい方法とは言えず、穏和な条件で重合が進行し、重金属や特殊な化合物を用いず、簡便に実施できるリビングラジカル重合法の開発が望まれる。本発明者らは、そのようなリビングラジカル重合法を実施できれば、高性能のセルロース用の高分子分散剤を簡便に合成し、得ることができ、実用上、極めて有用であるとの認識をもつに至った。
 本発明は上記した従来技術の背景に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、親水性物質であるセルロースに適用することができる高性能の高分子分散剤を、簡便に経済的に提供できることを可能にし、実用化を達成することにある。また、本発明の目的は、簡便で、実施した場合に、重金属の使用やその除去の問題のない、優れたリビングラジカル重合法によって高性能のセルロース用高分子分散剤を提供するものである。更には、本発明の目的は、セルロース用高分子分散剤をセルロースに適用し、汎用性樹脂中に分散させた場合に、より簡便に、多量の有機溶剤を使用することがない、環境にも配慮した方法で安定したセルロースの分散を実現したセルロース分散樹脂組成物を得ることにある。
 本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、セルロース用高分子分散剤として、重金属触媒を用いないリビングラジカル重合法、特に、有機ヨウ素化合物を開始化合物とし、リン化合物、窒素化合物、酸素化合物または炭素化合物を触媒とするリビングラジカル重合法である可逆連鎖移動触媒重合(RTCP)法によって、樹脂親和性セグメントAと、セルロース吸着性セグメントBとを有するブロック共重合体構造を有する高性能のセルロース用高分子分散剤を簡便に合成することができることを見出し、本発明に至った。更に、このようにして得られたセルロース用高分子分散剤は、界面活性剤によって水系媒体中に分散して水系分散処理剤とし、この処理剤を用いてセルロースに処理することで、セルロースを樹脂に対して易分散性のものにでき、或いは、上記で得たセルロース用高分子分散剤或いは水系分散処理剤は、樹脂と混練することで、セルロースを分散しやすい分散剤樹脂組成物とでき、このため、樹脂中に安定して良好にセルロースを分散させることが実現されて、機械的特性に優れたセルロース分散樹脂組成物が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。
 上記の目的は、下記の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、セルロースを分散させるためのセルロース用高分子分散剤であって、該高分子分散剤が、重金属、ニトロキサイド化合物又は硫黄系化合物のいずれについても用いない、リビングラジカル重合法である、有機ヨウ素化合物を開始化合物とし、リン化合物、窒素化合物、酸素化合物又は炭素化合物を触媒とする、可逆連鎖移動触媒重合(RTCP)法により合成された、樹脂親和性セグメントAと、セルロース吸着性セグメントBとを有するブロック共重合体構造を有する高分子化合物であることを特徴とするセルロース用高分子分散剤を提供する。
 上記のセルロース用高分子分散剤の好ましい実施形態として、前記高分子化合物が、更に、下記(1)~(5)の要件をすべて満たすA-Bブロック共重合体であることが挙げられる。
(1)前記A-Bブロック共重合体の構成成分の90質量%以上がメタクリレート系モノマーで構成されていること;
(2)前記セルロース吸着性セグメントBは、構成成分の50質量%以上が、水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーで構成されており、且つ、熱可塑性樹脂との相溶性がないこと;
(3)前記樹脂親和性セグメントAのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が500~20000であり、且つ、前記A-B共重合体全体に占める該樹脂親和性セグメントAの割合が5~95質量%であること;
(4)前記セルロース吸着性セグメントBのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が500~20000であり、且つ、前記A-B共重合体全体に占める該セルロース吸着性セグメントBの割合が5~95質量%であること;
(5)前記A-B共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が3500~40000であり、且つ、分子量分布指数(重量平均分子量/数平均分子量)が1.0~1.6であること。
 上記のセルロース用高分子分散剤のより好ましい実施形態として、前記(2)のセルロース吸着性セグメントBの構成成分の70質量%以上が、水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーで構成されており、前記(3)の樹脂親和性セグメントAのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が1000~8000であり、且つ、前記A-B共重合体全体に占める樹脂親和性セグメントAの割合が30~70質量%であり、前記(4)のセルロース吸着性セグメントBのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が1000~8000であり、且つ、前記A-B共重合体全体に占めるセルロース吸着性セグメントBの割合が30~70質量%であり、前記(5)のA-B共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が2000~16000であり、分子量分布指数(重量平均分子量/数平均分子量)が1.0~1.6であることが挙げられる。
 また、上記のセルロース用高分子分散剤の好ましい実施形態として、前記(2)のセルロース吸着性セグメントBの構成成分の70質量%以上が、水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーで構成されており、更に、構成成分の3~15質量%が、アルカリで中和されたメタクリル酸及び/又はカルボキシ基を有するメタクリレート系モノマー又は第4級アンモニウム塩基を有するメタクリレート系モノマーで構成されていることが挙げられる。本発明は、別の実施形態として、セルロースに対する分散性を向上させた高分子分散剤を含有する水系分散処理剤であって、上記高分子分散剤を、水系媒体中に分散処理されてなることを特徴とする高分子分散剤含有の水系分散処理剤を提供する。
 また、上記いずれかのセルロース用高分子分散剤の好ましい実施形態として、前記セルロースが、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが挙げられる。
 本発明は、別の実施形態として、セルロースに対する分散性を向上させた高分子分散剤を含有する水系分散処理剤であって、上記いずれかの高分子分散剤を、界面活性剤によって水系媒体中に分散処理されてなることを特徴とする高分子分散剤含有の水系分散処理剤を提供する。その好ましい形態としては、界面活性剤が、カチオン性界面活性剤であることが挙げられる。
 本発明は、別の実施形態として、上記いずれかのセルロース用高分子分散剤と、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロースとを含むことを特徴とする易分散性セルロース組成物を提供する。
 本発明は、別の実施形態として、上記いずれかの水系分散処理剤と、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロースとを含んでなることを特徴とする易分散性セルロース組成物を提供する。
 本発明は、別の実施形態として、上記いずれかの易分散性セルロース組成物と、熱可塑性樹脂とを含んでなることを特徴とするセルロース分散樹脂組成物を提供する。
 本発明は、別の実施形態として、上記いずれかのセルロース用高分子分散剤と、熱可塑性樹脂とを含んでなることを特徴とするセルロース分散用分散剤含有樹脂組成物を提供する。
 本発明は、別の実施形態として、上記いずれかの水系分散処理剤と、熱可塑性樹脂とを含んでなることを特徴とするセルロース分散用分散剤含有樹脂組成物を提供する。
 本発明は、別の実施形態として、上記いずれかのセルロース分散用分散剤含有樹脂組成物と、セルロースとを含んでなることを特徴とするセルロース分散樹脂組成物を提供する。
 本発明によれば、親水性物質であるセルロースに適用することができる、高性能のセルロース用高分子分散剤を簡便に提供することができる。また、本発明によれば、水系媒体中で前記高分子分散剤をセルロースに処理することで、高分子分散剤とセルロースとを含む易分散性のセルロース組成物が提供される。更に、本発明によれば、この易分散性のセルロース組成物と汎用樹脂である熱可塑性樹脂とを混練することで、簡便にセルロース分散樹脂組成物を得ることができる。
 更に、本発明によれば、別の実施形態として、高性能のセルロース用高分子分散剤と熱可塑性樹脂とを混練することで、セルロースを分散しやすい分散剤樹脂組成物が提供される。その好ましい形態としては、分散剤の濃度の高いマスターバッチがある。本発明では、このような分散剤樹脂組成物と、希釈用樹脂と、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、パルプ、リグノセルロース又は木粉等のセルロースとから、簡便にセルロース分散樹脂組成物を提供することができる。
 本発明が提供する高分子分散剤は、これを用いることで、セルロース分散樹脂組成物が簡便に得られ、しかもセルロースの分散性を高め、セルロース及び樹脂との界面を安定化させ、機械特性を高め得るものとなるので、提供されるセルロース分散樹脂組成物は、機械特性に優れるものとなる。この結果、再生が可能な天然素材であり、優れたフィラーとしての機能が注目されているものの、親水性の物質であることから、熱可塑性樹脂等への分散が難しく、現状では、その利用が促進されていない微細なセルロース繊維の広範な利用の実現が可能になる。
 発明を実施するための最良の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
 本発明の技術的特徴は、簡便に実施可能なリビングラジカル重合法、特にRTCP法を利用することで、親水性の物質である微細なセルロース繊維の、汎用樹脂である熱可塑性樹脂中への良好な分散を可能にする、セルロース用高分子分散剤の提供を可能にしたことにある。リビングラジカル重合法では、末端ラジカルが安定化されることにより、ラジカル重合の副反応であるカップリングや不均化を防止し、分子量を制御したり、分子量分布を狭くしたりすることができる。また、末端ラジカルが安定化できるために、あるモノマーを重合した後に、続けて別のモノマーを添加することで、再び重合を進行させることができ、異なる機能性を示す重合体セグメントを有するブロック共重合体を合成することができる。このように、リビングラジカル重合は、構造の明確な高分子を合成するのに適した方法であり、この方法を利用することで、所望する精密な設計に応じた構造の高分子化合物を確実に、且つ、簡便に得ることが可能になる。
 本発明で利用するRTCP法は、有機ヨウ素化合物を開始化合物とし、リン化合物、窒素化合物、酸素化合物または炭素化合物を触媒とする、従来のラジカル重合に、重合開始化合物と触媒とを併用するだけで容易に行える、リビングラジカル重合法である。上記リビングラジカル重合方法は、下記に示す一般反応式1で表される反応機構で進み、すなわち、ドーマント種Polymer-X(P-X)の成長ラジカルへの可逆的活性反応によって重合が進行するものである。
(一般反応式1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
 上記重合反応機構は、触媒の種類によって変わる可能性があるが、次のように進むと考えられる。上記一般反応式1では、ラジカル開始剤から発生したP・がXAと反応して、in situで触媒A・が生成する。A・は、P-Xの活性化剤として作用して、この触媒作用によってP-Xは高い頻度で活性化する。
 本発明で利用するRTCP法は、メタクリレート系モノマーにおいて優れたリビング重合性が発揮される。メタクリレート系モノマーは様々な構造のものが知られており、汎用品としても数多くのモノマーが市販されている。RTCP法は、数多くのメタクリレート系モノマーの重合が可能であるため、使用するモノマーを選択することにより多種多様な構造の高分子の設計が可能となる。すなわち、分子設計においてRTCP法は有用な方法である。また、RTCP法は、穏和な条件で重合が可能である。メタクリレート系モノマーの重合を例にとると、多くのモノマーにおいて30℃から50℃の穏和な条件で重合が進行し、高いリビング重合性を示す。更に、RTCP法においては、重金属化合物、ジチオカルボン酸エステルのような臭気の強い化合物、高コストの化合物の使用する必要がなく、簡便に重合することができる。
 有機ヨウ素化合物は、熱や光の作用によりヨウ素ラジカルを発生しうるものであれば特に限定されない。有機ヨウ素化合物の具体例としては、2-アイオド-1-フェニルエタン、1-アイオド-1-フェニルエタンなどのアルキルヨウ化物;2-シアノ-2-アイオドプロパン、2-シアノ-2-アイオドブタン、1-シアノ-1-アイオドシクロヘキサン、2-シアノ-2-アイオドバレロニトリルなどのシアノ基含有ヨウ化物などを挙げることができる。
 市販品の有機ヨウ素化合物をそのまま使用してもよいし、従来公知の方法で合成した有機ヨウ素化合物を使用してもよい。有機ヨウ素化合物は、例えば、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物とヨウ素を反応させることで得ることができる。また、臭素や塩素などのヨウ素以外のハロゲン原子を有する有機ハロゲン化物とともに、第4級アンモニウムアイオダイドやヨウ化ナトリウムなどのヨウ化物塩とを使用し、反応系中でハロゲン交換反応を起こさせて有機ヨウ素化合物を発生させてもよい。
 また、リビングラジカル重合においては、ヨウ素化合物からヨウ素原子を引き抜いてヨウ素ラジカルを生じさせうる触媒を使用することが好ましい。このような触媒としては、ハロゲン化リン、フォスファイト系化合物、フォスフィネート化合物などのリン系化合物;イミド系化合物などの窒素系化合物;フェノール系化合物などの酸素系化合物;ジフェニルメタン系化合物、シクロペンタジエン系化合物などの活性な炭素原子を含む炭化水素化合物を挙げることができる。なお、これらの触媒は、一種単独でまたは二種以上を組み合わせて用いてもよい。
(高分子分散剤)
 次に、本発明の高分子分散剤について詳細に説明する。本発明の高分子分散剤は、上記した理由から、重金属、ニトロキサイド化合物又は硫黄系化合物のいずれについても用いない特有のリビングラジカル重合法により合成された樹脂親和性セグメントAと、セルロース吸着性セグメントBとを有するブロック共重合体構造を有する高分子化合物であることを特徴とする。更に、高分子化合物が、下記(1)~(5)の要件をすべて満たすA-Bブロック共重合体であることが好ましい。
(1)前記A-Bブロック共重合体の構成成分の90質量%以上がメタクリレート系モノマーで構成されていること。
(2)前記セルロース吸着性セグメントBは、構成成分の50質量%以上が、水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーで構成されており、且つ、熱可塑性樹脂との相溶性がないこと。
(3)樹脂親和性セグメントAのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が500~20000であり、且つ、共重合体全体に占める樹脂親和性セグメントAの割合が5~95質量%であること。
(4)セルロース吸着性セグメントBのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が500~20000であり、且つ、共重合体全体に占めるセルロース吸着性セグメントBの割合が5~95質量%であること。
(5)前記A-Bブロック共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が1000~40000であり、分子量分布指数(重量平均分子量/数平均分子量)が1.0~1.6であること。
 以下に、本発明の好適な高分子分散剤が必須とする上記した各要件について、それぞれ説明する。まず、本発明の好適な高分子分散剤は、樹脂親和性セグメントAと、セルロース吸着性セグメントBとを有するブロック共重合体構造のものであることを要する。ブロック共重合体とは、性質の異なる2種類以上のモノマー成分において、各モノマー成分が形成するポリマーセグメント同士が共有結合で結合し、性質の異なる2種類以上のポリマーセグメントが1本のポリマー鎖に含まれた構造である。2種類のセグメントからなるA-B型ブロック共重合体を例にとると、性質(機能性)の異なるポリマーセグメントA及びポリマーセグメントBとが共有結合した構造である。ブロック共重合体は、ポリマー鎖において性質の異なる2種類以上のモノマー成分が、モノマー成分ごとに局在化している部分を有しているため、各モノマー成分がランダムに配列したランダム共重合体と比べ、各々の成分の性能がより発揮されると期待できる。すなわち、分散剤の構造を、樹脂親和性セグメントA及びセルロース吸着性セグメントBを有するブロック共重合体とすることで、樹脂親和性能及びセルロース吸着性能が各々のポリマー鎖によって十分に発揮されることが期待できる。本発明では、前記した理由により、その好適な高分子分散剤の構造を、樹脂親和性セグメントAとセルロース吸着性セグメントBとを有するA-Bブロック共重合体構造とするものである。
 本発明の好適な高分子分散剤は、(1)に挙げたように、その構成成分の90質量%以上がメタクリレート系モノマーで構成されたものであることを要する。これは下記の理由による。これは前記の通り、本発明で利用するRTCP法が、主としてメタクリレート系モノマーにおいて優れたリビング重合性を発揮でき、重合収率がよく、分子量分布が狭く、ブロック化またはグラジエント化が容易であるためである。より具体的には、アクリル系モノマーやスチレン系モノマー、ビニル系モノマーが存在すると、分子量分布が広くなったり、重合収率が悪くなったりするので、本発明では、その構成成分が、90質量%以上のメタクリレート系モノマーからなることを要するとした。本発明の高分子分散剤は、その構成成分の90質量%以上が、メタクリレート系モノマーで構成されているものとしたことで、各ブロック構造の違いがより明確なブロック共重合体になり、より機能性に優れた分散剤となる。
 本発明の好適な高分子分散剤は、(2)に挙げたように、セルロース吸着性セグメントBの構成成分の50質量%以上が、水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーで構成されており、且つ、熱可塑性樹脂との相溶性がないことを要する。これは下記の理由による。一つは、前記(1)で説明したように、その構成成分の90質量%以上がメタクリレート系モノマーであることを要するからである。また、(2)のように構成すれば、セグメント中に水酸基及び/又は尿素基を有する構造となるため、ブロック共重合体において、セルロース吸着性セグメントBとして効果が高いと考えられることによる。この作用は、下記の理由で達成されると考えられる。まず、セルロースは、その骨格に水酸基を有しており、その水酸基同士の水素結合が働くので、セルロースは非常強固で水に不溶なポリマーである。このようなセルロースの水酸基と、本発明の高分子分散剤を構成するセグメントBにおける水酸基及び/又は尿素基が水素結合にて吸着し、結果として、分散剤がセルロースに吸着する働きをすると考えられる。本発明者らの検討によれば、このセルロース吸着性セグメントBの構成成分における水酸基成分及び/又は尿素基の割合は、60質量%以上が好ましく、更に、70質量%以上であることがより好ましい。これに対し、セグメントBを構成する水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーの割合が50質量%未満であると、セルロース吸着性セグメントBとしての効果が不十分であり、分散剤としての効果が十分に発揮されない。
 また、本発明の好適な高分子分散剤を構成するセルロース吸着性セグメントBは、分散媒体として使用する樹脂に親和性、すなわち、相溶性をもってはいけない。この理由は、このセグメントがセルロースに吸着したとしても、その水素結合は、物理的吸着であって、樹脂への分散や加熱によって、樹脂と相溶性が良好であると、セルロースから脱離してしまう可能性があるからである。すなわち、樹脂との相溶性が悪いと、樹脂と混ざることがないので、セルロースから脱離することなく、分散状態を保つ働きをする。本発明では、この観点からも、水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーの量を、セグメントBの構成成分の50質量%以上としている。これは、50質量%未満だと、他のメタクリレート系モノマーを構成成分とすることとなって、選択するその他のメタクリレート系モノマー成分によっては、樹脂との相溶性が出てきてしまう可能性があるからである。前記したと同様、この点からも、好ましくは60質量%以上、より好ましくは70質量%以上である。本発明でセルロースを分散させる対象としている汎用樹脂である熱可塑性樹脂は、一般に極性が低く、このため、水酸基や尿素基を多量に有する極性が高いポリマーであるこのセルロース吸着性セグメントBとは相溶しにくい。
 本発明の好適な高分子分散剤は、(3)に挙げたように、樹脂親和性セグメントAのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が、500~20000であることを要する。更に、樹脂と高い樹脂親和性(樹脂との相溶性)を示すためには、1000~8000程度であることがより好ましい。これは、樹脂親和性セグメントAの最も樹脂親和効率が高いと思われる分子量領域である。更に、本発明の好適な高分子分散剤では、分散剤全体に占める樹脂親和性セグメントAの割合が5~95質量%であることを要するが、30~70質量%がより好ましい。本発明者らの検討によれば、5質量%未満であると、相対的に樹脂親和性成分が少なく、樹脂親和性能を十分に発揮できなくなる傾向がある。一方で、95%質量%より大きいと、相対的にセルロース吸着性成分が少なくなり、セルロース吸着性能を十分に発揮できない場合が生じる。
 本発明の好適な高分子分散剤は、(4)に挙げたように、樹脂親和性セグメントBのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が、500~20000であることを要する。更に、セルロースとの高いセルロース吸着性を示すためには、1000~8000程度であることがより好ましい。これは、セルロース吸着性セグメントBの最もセルロース吸着効率が高いと思われる分子量領域であると考えられる。更に、本発明の好適な高分子分散剤では、分散剤全体に占めるセルロース吸着性セグメントBの割合が5~95質量%であることを要する。より好ましくは、30~70質量%である。5質量%未満であると、相対的にセルロース吸着性成分が少なくなるので、セルロース吸着性能を十分に発揮できない傾向がある。一方で、95%質量%よりも多くなると相対的に樹脂親和性成分が少なくなり、樹脂親和性能を十分に発揮できない。
 本発明の好適な高分子分散剤は、(5)に挙げたように、共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が、1000~40000であることを要する。更に、2000~16000程度であることがより好ましい。分子量が大きくなり過ぎると、高分子分散剤をセルロースに効果的に処理できない恐れがあることによる。更に、共重合体の分子量分布指数(重量平均分子量/数平均分子量)が1.0~1.6であることを要する。より好ましくは、1.0~1.5である。この高分子分散剤の分子量分布指数は、分子量分布の程度を表し、その値が小さいことは、分散剤(共重合体)の分子量の分布が狭いこと、すなわち、分子量の均一性が高いことを意味する。分子量の分布が狭いということは、分子量が大きいものや小さいものが少なく、高分子分散剤の性質が均一なものとなっていることを意味し、高分子分散剤によってもたらされる、セルロースに対する高度な微分散状態を与える効果を、より向上させることができる。
 以上のことから、本発明の高分子分散剤として良好に機能するより好ましい高分子化合物としては、下記のものが挙げられる。前記(2)のセルロース吸着性セグメントBの構成成分の70質量%以上が、水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーで構成されており、且つ、熱可塑性樹脂との相溶性がなく、前記(3)の樹脂親和性セグメントAのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が1000~8000であり、且つ、共重合体全体に占める樹脂吸着性セグメントAの割合が30~70質量%であり、前記(4)のセルロースセグメントBのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が1000~8000であり、且つ、共重合体全体に占めるセルロース吸着性セグメントBの割合が30~70質量%であり、前記(5)の共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が2000~16000であり、分子量分布指数(重量平均分子量/数平均分子量)が1.0~1.6である。
 次に、上記した各要件を満たす本発明の好適な高分子分散剤を構成する、樹脂親和性セグメントA及びセルロース吸着性セグメントBを形成するために好適なモノマーについて説明する。
<樹脂親和性セグメントA>
 樹脂親和性セグメントAは、セルロース吸着性セグメントBを介して、セルロースの表面を疎水化するものであり、この結果、親水性物質であるセルロースに本発明の高分子分散剤を適用することが可能になる。樹脂親和性の基本は、対象となる樹脂の構造に類似または対象となる樹脂に近い疎水性を有することが好ましいが、本発明の好適な高分子分散剤の構成要件(1)から、その主成分はメタクリレート系モノマーとする。本発明で用いる樹脂親和性セグメントAを形成するための具体的なモノマー成分としては、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、テトラデシルメタクリレート、オクタデシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、t-ブチルシクロヘキシルメタクリレート、ボルニルメタクリレート、イソボロニルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、オクタフルオロオクチルメタクリレート、テトラフルオロエチルメタクリレート等のアルキル、アルケニル、シクロアルキル、芳香環、ハロゲン元素含有のメタクリレート等が挙げられる。好ましくは、極性が低い炭素数1~18の炭化水素基、より好ましくは、炭素数8以上の炭化水素基が結合しているメタクリレート基がよい。その理由は、使用する熱可塑性樹脂と相溶性が良好であり、混合性が良好であるからである。
<セルロース吸着性セグメントB>
 本発明者らの検討によれば、セルロース吸着性セグメントBは、セルロースの表面に存在する水酸基に対して、水素結合により相互作用を示す。前記(2)の要件の通り、好適なセルロース吸着性セグメントBは、セルロース吸着性セグメントBの構成成分の50質量%以上が、水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーで構成される。このように構成することで、セルロースの表面に存在する水酸基と水素結合を形成し、及び、高分子鎖において多点相互作用を示すことで、セルロース吸着性セグメントBは、セルロースと効果的に吸着するものとなる。すなわち、このセルロース吸着性セグメントBが、セルロースと効果的に吸着し、この結果、その構造中の上記した樹脂親和成分Aの効果で、セルロースが疎水化される。また、このセグメントBは、分散媒体である樹脂に相溶性(親和性)を有してはいけない。本願において、親和性とは、お互いに混ざることを示し、相溶性を示すものである。樹脂と、セグメントBに親和性があると、セルロースと吸着したセグメントBが、樹脂にも親和することによってセルロースから脱離してしまい、良好な分散状態を示さない場合があるので好ましくない。
 本発明の好適な高分子分散剤の構成要件(1)から、セルロース吸着性セグメントBの主成分はメタクリレート系モノマーとする。セルロース吸着性セグメントBを形成する水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマーの具体的なものとしては、例えば、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、3-ヒドロキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシブチルメタクリレート、3-ヒドロキシブチルメタクリレート、4-ヒドロキシブチルメタクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、グリセリルメタクリレート等の水酸基含有メタクリレートが挙げられる。
 セルロース吸着性セグメントBを形成する尿素基を有するメタクリレート系モノマーとしては、例えば、メタクリロイロキシエチルウレア、メタクリロイロキシエチルエチレンウレア等が挙げられる。
 また、セルロース吸着性セグメントBを構成するそれ以外のモノマーとしては、前記したアルキル、アルケニル、シクロアルキル、芳香環、ハロゲン元素含有のメタクリレートが使用でき、更に、アルコキシ基、グリシジル基を有するメタクリレート系モノマーも前記した使用範囲で用いることができる。具体的には、例えば、メトキシエチルメタクリレート、エトキシエチルメタクリレート、メトキシプロピルメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、エトキシポリエチレングリコールメタクリレート、グリシジルメタクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメタクリレート、メタクリロイロキシエチルグリシジルエーテル、メタクリロイロキシエトキシエチルグリシジルエーテル、が挙げられる。なお、上記における「ポリ」及び「(ポリ)」は、いずれもn=2以上を意味する。これらの中でも、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、グリセリルメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルエチレンウレアが、汎用性モノマーであり、且つ、その1個の水酸基や尿素基に対して分子量が小さいので、その官能基数を多くすることができるので、効果が高くなり、また樹脂との相溶性が劣ることから好ましい。
 以下に、本発明の好適な高分子分散剤を構成するセルロース吸着性セグメントBの更に好ましい構成について説明する。より好適には、界面活性剤を極力少なくして乳化させることが好ましい場合があり、その場合には、このセルロース吸着性セグメントBを形成する際に、形成モノマー成分の3~15質量%を、アルカリで中和された、メタクリル酸及び/又はカルボキシ基を有するメタクリレート系モノマー、或いは、第4級アンモニウム塩基を有するメタクリレート系モノマーとすることが好ましい。これらのモノマーはイオン化されているモノマーである。その理由は、セルロース吸着性セグメントBの構成成分として、中和されたカルボキシ基や第4級アンモニウム塩といった水に親和するモノマーがあると、よりセルロースへの吸着性が高まる効果に加えて、後記するが、このように構成することで、高分子分散剤を含有する水系分散処理剤として好適に使用できるものとなる。すなわち、セルロース吸着性セグメントBの構造中に、カルボキシ基や第4級アンモニウム塩などの官能基を導入することによって、このセグメントBが水に溶解するので、本発明のA-B共重合体からなる高分子分散剤を自己乳化性にでき、この構成により、界面活性剤の乳化性を補助する効果がある。この結果、容易に水系分散処理剤とすることができるからである。
 この際に使用するメタクリル酸及び/又はカルボキシ基を有するメタクリレート系モノマー、或いは、第4級アンモニウム塩基を有するメタクリレート系モノマーとしては、下記のものが挙げられる。具体的には、メタクリル酸や、メタクリル酸2-ヒドロキシエチルなどの水酸基を有するメタクリレート系モノマーにフタル酸等の多塩基酸を反応させて得られるカルボキシ基を有するメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレートやジエチルアミノエチルメタクリレートなどの塩化メチル、塩化ベンジル、ジメチル硫酸などで4級化した第4級アンモニウム塩含有メタクリレート系モノマーが挙げられる。好ましくは、加水分解する可能性がない、メタクリル酸、ジメチルアミノエチルメタクリレートの塩化メチル又は塩化ベンジルの第4級アンモニウム塩が、汎用性が高い材料であるので好ましい。また、アルカリにて中和するが、このアルカリは特に限定はされない。例えば、アンモニア、ジメチルアミノエタノールなどの有機アミン、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの水酸化物などが挙げられる。
 また、セルロース吸着性セグメントBに導入するこのイオン化されたメタクリレートの導入量は、このセグメントB中に3~15質量%である。3質量%未満であると、自己乳化性が足りず、後記する界面活性剤が必要となり、15質量%より多いと、耐水性が悪くなってしまう可能性がある。より好ましくは5~13質量%である。また、このイオン化されたメタクリレートは、樹脂親和性セグメントに導入してはいけない。イオン化されていることから、相溶性が悪く、セルロースの分散性を妨げる可能性がある。
(セルロース)
 次に、本発明のセルロース用高分子分散剤を適用するセルロースについて詳細に説明する。本発明は、セルロース用高分子分散剤を提供するものであるが、その対象とするセルロースとしては、セルロースナノファイバー(以下、CNFと記載)、セルロースナノクリスタル(以下、CNCと記載)、パルプ、リグノセルロース、木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。特に、CNFまたはCNCを用いることがより好ましい。本発明では、CNF及びCNCを「ナノセルロース」と称す。以下、各セルロースについて、詳細に説明する。
 セルロース(またはセルロース繊維)の原料として用いられる植物繊維は、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ、綿、ビート、農産物残廃物或いは布といった天然植物原料から得られる天然セルロースや、パルプ(紙)及びレーヨン、セロファン等の再生セルロース繊維等が挙げられる。木材としては、例えば、シトカスプルース、スギ、ヒノキ、ユーカリ、アカシア等が挙げられ、紙としては、脱墨古紙、段ボール古紙、雑誌、コピー用紙等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。植物繊維は、1種単独でも用いてもよく、これらから選ばれた2種以上を用いてもよい。
 リグノセルロースは、植物繊維の主成分であり、主に、セルロース、ヘミセルロース、リグニンから構成され、各々が結合した構造であり、植物繊維を形成している。このリグノセルロースを含む植物繊維を機械処理及びまたは化学処理により、ヘミセルロース及びリグニンを除去し、セルロースの純分を高めることで、パルプが得られる。必要に応じて漂白処理も行われ、また、脱リグニン量を調整し、当該パルプ中のリグニン量を調整することができる。パルプとしては、植物繊維を機械処理及びまたは化学処理によりパルプ化することで得られるケミカルパルプ〔クラフトパルプ(KP)、亜硫酸パルプ(SP)〕、セミケミカルパルプ(SCP)、ケミグランドパルプ(CGP)、ケミメカニカルパルプ(CMP)、砕木パルプ(GP)、リファイナーメカニカルパルプ(RMP)、サーモメカニカルパルプ(TWP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、及びこれらのパルプを主成分とする脱墨古紙パルプ、段ボール古紙パルプ、雑誌古紙パルプが好ましいものとして挙げられる。これらのパルプの中でも、繊維の強度が強い針葉樹由来の各種クラフトパルプ〔針葉樹未漂白クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹酸素晒し未漂白クラフトパルプ(NOKP)、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)〕が特に好ましい。パルプ中のリグニン含有量は、特に限定されるものではないが、通常0~40質量%程度、好ましくは0~10質量%程度である。リグニン含有量の測定は、Klason法により測定することができる。
 本発明において好適に使用できるナノセルロースは、セルロース繊維を含む材料(例えば、木材パルプ等)を、その繊維をナノサイズレベルまで解きほぐした(解繊処理した)セルロースであり、CNF及びCNCを含む。植物の細胞壁の中では、幅4nm程のセルロースミクロフィブリル(シングルセルロースナノファイバー)が最小単位として存在し、植物の基本骨格物質であるが、ナノセルロースは、セルロースミクロフィブリルまたはセルロースミクロフィブリルが複数凝集して形成されるナノサイズのセルロースである。
 ナノセルロースの中で、CNFは、セルロース繊維を機械的解繊等の処理を施すことで得られる繊維であり、繊維幅4~200nm程度、繊維長5μm程度以上の繊維である。CNFの比表面積としては、70~300m2/g程度が好ましく、70~250m2/g程度がより好ましく、100~200m2/g程度が更に好ましい。CNFの比表面積を高くすることで、樹脂と組み合わせて組成物とした場合に、接触面積を大きくすることができ強度が向上する。また、比表面積が極端に高いと、樹脂組成物の樹脂中での凝集が起こりやすくなり、目的とする高強度材料が得られないことがある。CNFの繊維径は、平均値が通常4~200nm程度、好ましくは4~150nm程度、特に好ましくは4~100nm程度である。
 植物繊維を解繊し、CNFを調製する方法としては、パルプ等のセルロース繊維含有材料を解繊する方法が挙げられる。解繊方法としては、例えば、セルロース繊維含有材料の水懸濁液またはスラリーを、リファイナー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、一軸または多軸混練機(好ましくは二軸混練機)、ビーズミル等による機械的な摩砕、ないし叩解することにより解繊する方法が使用できる。必要に応じて、上記の解繊方法を組み合わせて処理してもよい。これらの解繊処理の方法としては、例えば、特開2011-213754号公報、特開2011-195738号公報に記載された解繊方法等を用いることができる。
 また、CNCは、セルロース繊維を酸加水分解等の化学的処理を施すことで得られる結晶であり、結晶幅4~70nm程度、結晶長25~3000nm程度の結晶である。CNCの比表面積としては、90~900m2/g程度が好ましく、100~500m2/g程度がより好ましく、100~300m2/g程度が更に好ましい。CNCの比表面積を高くすることで、樹脂と組み合わせて組成物とした場合に、接触面積を大きくすることができ強度が向上する。また、比表面積が極端に高いと、樹脂組成物の樹脂中での凝集が起こりやすくなり、目的とする高強度材料が得られないことがある。CNCの結晶幅は、平均値が通常10~50nm程度、好ましくは10~30nm程度、特に好ましくは10~20nm程度である。CNCの結晶長は、平均値が通常500nm程度、好ましくは100~500nm程度、特に好ましくは100~200nm程度である。
 植物繊維を解繊し、CNCを調製する方法としては、公知の方法が採用できる。例えば、前記セルロース繊維含有材料の水懸濁液またはスラリーを、硫酸、塩酸、臭化水素酸等による酸加水分解等の化学的手法が使用できる。必要に応じて、上記の解繊方法を組み合わせて処理してもよい。
 本発明におけるナノセルロースの繊維径の平均値(平均繊維径、平均繊維長、平均結晶幅、平均結晶長)は、電子顕微鏡の視野内のナノセルロースの少なくとも50本以上について測定した時の平均値である。
 ナノセルロースは、高比表面積(好ましくは200~300m2/g程度)であり、鋼鉄と比較して軽量であり且つ高強度である。ナノセルロースは、また、ガラスと比較して熱変形が小さい(低熱膨張)。
 ナノセルロースは、セルロースI型結晶を有し、且つ、その結晶化度が50%以上と高い結晶化度を有するものが好ましい。ナノセルロースのセルロースI型の結晶化度は、55%以上がより好ましく、60%以上が更に好ましい。ナノセルロースのセルロースI型の結晶化度の上限は、一般的に95%程度、または90%程度である。
 セルロースI型結晶構造とは、例えば、朝倉書店発行の「セルロースの辞典」新装版第一刷81~86頁、或いは93~99頁に記載の通りのものであり、ほとんどの天然セルロースはセルロースI型結晶構造である。これに対して、セルロースI型結晶構造ではなく、例えばセルロースII、III、IV型構造のセルロース繊維はセルロースI型結晶構造を有するセルロースから誘導されるものである。中でもI型結晶構造は他の構造に比べて結晶弾性率が高い。
 本発明で使用するセルロースとしては、上記した中でも、I型結晶構造のナノセルロースが好ましい。I型結晶であると、ナノセルロースとマトリックス樹脂との複合材料とした際に、低線膨張係数、かつ高弾性率な複合材料を得ることができる。ナノセルロースがI型結晶構造であることは、その広角X線回折像測定により得られる回折プロファイルにおいて、2θ=14°~17°付近と2θ=22~23°付近の二つの位置に典型的なピークを持つことから同定することができる。
 例えば、ナノセルロースのスラリーにエタノールを加え、ナノセルロース濃度を0.5質量%に調製する。次いで、このスラリーをスターラーにて撹拌後、素早く減圧ろ過(アドバンテック東洋株式会社製の5Cろ紙)を開始する。次いで、得られたウェットウェブを、110℃、圧力0.1tで10分間加熱圧縮し、50g/m2のCNFシートを得る。そして、X線発生装置(リガク社製「UltraX18HF」)を用い、ターゲットCu/Kα線、電圧40kV、電流300mA、走査角(2θ)5.0~40.0°、ステップ角0.02°の測定条件で、上記CNFシートの測定を行い、セルロースI型の結晶化度を測定する。
 ここで、セルロースの重合度は、天然セルロースで500~10000、再生セルロースで200~800程度である。セルロースは、β-1,4結合により直線的に伸びたセルロースが何本かの束になって、分子内あるいは分子間の水素結合で固定され、伸びきり鎖となった結晶を形成している。セルロースの結晶には、多くの結晶形が存在していることはX線回折や固体NMRによる解析で明らかになっているが、天然セルロースの結晶形はI型のみである。X線回折等から、セルロースにおける結晶領域の比率は、木材パルプで約50~60%、バクテリアセルロースはこれより高く約70%程度と推測されている。セルロースは、伸びきり鎖結晶であることに起因して、弾性率が高いだけでなく、鋼鉄の5倍の強度、ガラスの1/50以下の線熱膨張係数を示す。逆に言うと、セルロースの結晶構造を壊すことは、これらセルロースの高弾性率、高強度といった優れた特徴を失うことに繋がる。
(水を主媒体とした系で高分子分散剤をセルロースに処理する方法)
 本発明のセルロース用高分子分散剤を使用し、これをセルロースに処理することで、高分子分散剤及びセルロースを含む易分散性セルロース組成物を得ることができる。そして、得られる易分散性セルロース組成物は、本発明が最終目的としている本発明のセルロース分散樹脂組成物を得る前駆体として用いることができる。本発明者らの検討によれば、本発明の高分子分散剤をセルロースに処理する方法として、前記したように、イオン性のメタクリレートをセルロース吸着性セグメントに導入して自己乳化性とし、水系分散処理剤とすることが好ましい。より耐水性を上げたい場合には、カチオン性界面活性剤を用いた高分子分散剤の水系分散液を水系分散処理剤とし、これをセルロースへ添加することが好ましい。このように構成することで、本発明のセルロース分散樹脂組成物を得る前駆体として有用な易分散性のセルロース組成物が得られる。
 これは、以下の理由によると考えられる。高分子分散剤の効果を十分に発揮させるためには、如何に高分子分散剤を親水性物質であるセルロースへ効果的に吸着させることができるかが重要になる。一方、セルロースの凝集状態を抑制するためには、水を主媒体とした系で処理することが好ましく、また、環境面においても、有機溶剤の使用量を少なくし、水を主媒体として処理をすることは好ましい。これらの要求に対し、本発明者らは鋭意検討した結果、水を主媒体とした系で、セルロース分散樹脂組成物を得る前駆体として有用な易分散性のセルロース組成物を得る簡便な方法を見出した。すなわち、前記したイオン性基を有するメタクリレート系モノマーをセルロース吸着性セグメントBに導入して、自己乳化させる方法をとることが有効である。更に別の方法として、本発明の高分子分散剤は、界面活性剤を使用することで水を主成分とする溶媒において分散液を作成することができるため、このように構成することで、高分子分散剤の水系分散液をセルロースに添加することができ、水を主媒体とした系で高分子分散剤をセルロースに処理することができるようになる。本発明者らの詳細な検討によれば、より好ましくは、まず、高分子分散剤を親水性有機溶剤溶液に溶解し、これにカチオン性界面活性剤を添加し、その後に水を添加することで高分子分散剤を含有した水系の分散液を処理剤とすることで、有用な易分散性のセルロース組成物を得ることができる。更に、このようにして得た高分子分散剤の水系分散液からなる処理剤をセルロースに添加する際には、前記理由及び、処理工程において撹拌が実施しやすく、均一な混合処理が実施しやすいため、セルロースには、含水状態のものを用いることが好ましい。
 上記で使用するカチオン性界面活性剤は、特に限定はなく、従来公知のカチオン系活性剤が使用できる。具体的には、例えば、有機アミンのアルカン酸、リン酸塩、スルホン酸塩、ベタイン構造活性剤、第4級アンモニウム塩の界面活性剤が挙げられる。また、界面活性剤の高分子分散剤に対する使用量としては、特に限定はないが、質量基準で、高分子活性剤100に対して、5~30%程度、より好ましくは10~20%である。5%より少ないと十分な乳化状態を得ることができず、30%より多いと界面活性剤が物性に悪影響を及ぼす可能性がある。
(セルロース分散樹脂組成物の作成-1)
 上記のようにして得た易分散性のセルロース組成物と汎用樹脂等とを用い、溶融混練することで、本発明のセルロース分散樹脂組成物を得ることができる。この際に使用する樹脂としては、溶融混練してセルロース分散樹脂組成物を得ることが好ましいことから、熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、オレフィン系樹脂、ナイロン樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエステル系樹脂、トリアセチル化セルロース、ジアセチル化セルロース等のセルロース系樹脂等が挙げられる。ポリアミド系樹脂としては、ポリアミド6(PA6、ε-カプロラクタムの開環重合体)、ポリアミド66(PA66、ポリヘキサメチレンアジポアミド)、ポリアミド11(PA11、ウンデカンラクタムを開環重縮合したポリアミド)、ポリアミド12(PA12、ラウリルラクタムを開環重縮合したポリアミド)等、加硫前のゴム樹脂等が例示される。
 上記に挙げた中でも、セルロース分散樹脂組成物とした場合に、その補強効果を十分に得ることができるという利点、安価であるという利点から、オレフィン系樹脂を用いることが好ましい。オレフィン系樹脂としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、塩化ビニル樹脂、スチレン樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ビニルエーテル樹脂等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、単独で使用してもよく、2種以上の混合樹脂として用いてもよい。オレフィン系樹脂の中でも、樹脂組成物とした場合の補強効果をより十分に得ることができるという利点、安価であるという利点から、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、バイオポリエチレン等のポリエチレン系樹脂(PE)、ポリプロピレン系樹脂(PP)、塩化ビニル樹脂、スチレン樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ビニルエーテル樹脂等が好ましい。得られるセルロース分散樹脂組成物は、本発明の高分子分散剤によりセルロース分散性及び機械特性が良好なものになる。
(高分子分散剤を樹脂に処理する方法)
 本発明のセルロース分散用高分子分散剤をあらかじめ樹脂と混練しておくことで、セルロース分散性の良好な、セルロース分散用の分散剤含有樹脂組成物を得ることができる。得られる分散剤含有樹脂組成物は、セルロース分散樹脂組成物の前駆体となる。この場合に、セルロース分散性をよくするためには、樹脂と高分子分散剤が均一に分散していることが必要であるが、本発明の高分子分散剤を用いたセルロース分散用の分散剤含有樹脂組成物では、通常、親水性のセルロース表面とはなじみの悪い樹脂表面に、多くの親水ポイントを確保することができる。また、高分子分散剤濃度の高いマスターバッチ化することで、その後工程でセルロースと混練する際に、濃度設定の自由度が上がり、より取扱い易く実用的なものになる。マスターバッチの高分子分散剤濃度は1%以上~60%以下であることが好ましい。すなわち、濃度がこれよりも高いと樹脂中での分散不良が生じ、1%未満であると、セルロースと混練した際のセルロース凝集抑制能力が十分に得られなくなる。好ましくは10%~40%で、更に好ましくは20%~30%である。
 この際に使用する樹脂としては、溶融混練してセルロース分散樹脂組成物を得ることが好ましいことから、熱可塑性樹脂を使用する。熱可塑性樹脂としては、例えば、オレフィン系樹脂、ナイロン樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエステル系樹脂、トリアセチル化セルロース、ジアセチル化セルロース等のセルロース系樹脂等が挙げられる。ポリアミド系樹脂としては、ポリアミド6(PA6、ε-カプロラクタムの開環重合体)、ポリアミド66(PA66、ポリヘキサメチレンアジポアミド)、ポリアミド11(PA11、ウンデカンラクタムを開環重縮合したポリアミド)、ポリアミド12(PA12、ラウリルラクタムを開環重縮合したポリアミド)等が挙げられる。
 上記に挙げた中でも、セルロース分散樹脂組成物とした場合に、その補強効果を十分に得ることができるという利点、安価であるという利点から、オレフィン系樹脂を用いることが好ましい。オレフィン系樹脂としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、塩化ビニル樹脂、スチレン樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ビニルエーテル樹脂等が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、単独で使用してもよく、2種以上の混合樹脂として用いてもよい。オレフィン系樹脂の中でも、樹脂組成物とした場合の補強効果をより十分に得ることができるという利点、安価であるという利点から、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、バイオポリエチレン等のポリエチレン系樹脂(PE)、ポリプロピレン系樹脂(PP)、塩化ビニル樹脂、スチレン樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ビニルエーテル樹脂等が好ましい
(セルロース分散樹脂組成物の作成-2)
 含水状態のセルロースと、上記したセルロース分散用の分散剤含有樹脂組成物を混練することで、セルロース分散樹脂組成物を得ることができる。混練には、セルロース濃度、分散剤濃度を調整する目的で、未処理樹脂を添加してよい。このようにして得られるセルロース分散樹脂組成物は、本発明の高分子分散剤が用いられていることから、セルロース分散性及び機械特性が良好なものになる。
 以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、文中の「部」及び「%」は、特に断りのない限り、質量基準である。
[実施例1](RTCP法による高分子分散剤-1の合成)
 撹拌機、還流コンデンサー、温度計及び窒素導入管を取り付けた反応装置に、ジエチレングリコールジメチルエーテル(以下、DMDGと略記)を106部、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート(以下、DCPOEMAと略記)を70部、ヨウ素を1.0部、ジフェニルメタン(以下、DPMと略記)を0.2部、開始剤として2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)〔商品名:V-70(以下、V-70と略記)、和光純薬社製〕を5.0部添加した。そして、窒素ガスを導入しながら撹拌し、40℃に加温した。反応系を40℃に保ちながら7時間重合して、ポリマーブロックAを得た。重合の進行状況を反応系中の固形分濃度より算出したところ、重合率は85%であった。以下でいう重合率は、いずれも固形分濃度から算出した値である。また、テトラヒドロフラン(以下、THFと略記)溶媒によるゲルパーミエーションクロマトグラフィーにて分子量を測定したところ、ポリスチレン換算で、数平均分子量(以下、Mnと略記)が4900、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量、以下PDIと略記)が1.33であった。以下、分子量はTHF溶媒のGPCのポリスチレンの分子量換算である。上記で得られたポリマーブロックAは、後述するように、樹脂親和性セグメントとして機能するものとなる。
 次に、上記の反応系に続けて、2-ヒドロキシエチルメタクリレート(以下、HEMAと略記)を30部添加し、40℃で4時間重合し、ポリマーブロックBを形成した。このポリマーブロックBは、セルロース吸着性セグメントとして機能するものとなる。重合の進行を反応系中の固形物濃度より算出した結果、トータルの重合率はほぼ100%であり、Mnは7600、PDIは1.40であった。すなわち、本発明のA-Bブロックコポリマーは、全体のMnが7600であり、前記したように、ポリマーブロックAのMnが4900であることから、Bのポリマーブロックの数平均分子量は、7600-4900で算出でき、2700である。以上のようにしてRTCP法にて、樹脂親和性セグメントAのポリマーブロックと、セルロース吸着性セグメントBのポリマーブロックとを有する実施例1のA-Bブロックコポリマーである、高分子分散剤-1の重合溶液を得た。なお、ポリマーブロックAの重合率は85%であることから、残留モノマーが10.5部あり、次いでポリマーブロックBを添加し、重合率が100%であることから、ポリマーブロックBに含まれる水酸基を有するメタクリレート系モノマーの含有量は、74%である。
 上記のようにして得た重合溶液200部を、水/メタノール混合液200部(水/メタクノール=3/1質量比)にディスパーで撹拌しながら投入して、樹脂を析出させた。この析出物をろ過し、前記した水/メタノール混合溶液200部で2回洗浄して、淡黄色の樹脂を得た。更に、得られた析出物を80℃で24時間乾燥して、固形の高分子分散剤-1を92部得た。本発明で利用する重合方法によって、市販の安価な材料を使用することができ、コスト的に有利であり、且つ、生成物も淡黄色のほとんど無臭の固体を得ることができた。
[実施例2](RTCP法による高分子分散剤-2の合成)
 実施例1のHEMAに替えて、グリセリルモノメタクリレート(GLMA、日油社製)に替えた以外は、実施例1と同様にして行った。ポリマーブロックAの重合収率は80%であり、数平均分子量が3900、PDIは1.28であり、全体の重合収率はほぼ100%であり、全体Mnが8100であり、PDIは1.42であった。ポリマーブロックBについては、数平均分子量が8100-3900=4200であった。また、Bの水酸基を有するメタクリレートの含有量は、実施例1と同様に算出すると、68%である。実施例1に比べて、水酸基を有するモノマー量が少ないが、水酸基の数とすると十分な量であると考えられる。これを実施例1と同様に析出させて樹脂固体を得た。これを高分子分散剤-2とする。
[実施例3](RTCP法による高分子分散剤-3の合成)
 実施例1と同様にして、溶媒、モノマーを替えて、下記のようにしてA-Bブロックコポリマーを合成した。すなわち、溶媒として、DMDGに替えてジエチレングリコールジエチルエーテルを使用し、ポリマーブロックAのDCPOEMAに替えて、ステアリルメタクリレート(SMA)を使用してポリマーブロックAを合成した。ポリマーブロックAの重合率はほぼ100%であり、数平均分子量5600、PDI1.15であった。次いで、ポリマーブロックBを、同量のHEMA、加えてメタクリル酸(MAA)を3部混合して重合した。重合率はほぼ100%であり、数平均分子量7700、PDI1.25であった。ポリマーブロックBの数平均分子量は、7700-5600=1900である。これは、セルロース吸着性セグメントBの90.9%が水酸基を有するメタクリレート系モノマーであり、カルホギシ基を有するモノマーが9.1%である。
 次いで、水酸化ナトリウム1.3部を水106部に溶解させたアルカリ水を添加した。白濁の粘度のある水溶液となった。次いで、更に水を加えて、樹脂分を10%とした。白い透明感のある水分散体となった。これを高分子分散剤-3とする。長期に保管しても全く沈降は見られず安定であった。
[実施例4](RTCP法による高分子分散剤-4の合成)
 実施例1と同様にして、溶媒、モノマーを替えて、下記のようにしてA-Bブロックコポリマーを合成した。すなわち、溶媒としてDMDGに替えて、プロピレングリコールモノプロピルエーテルを使用し、ポリマーブロックAのDCPOEMAに替えて、ラウリルメタクリレート(LMA)100部及びDCPOEAを40部使用した。ポリマーブロックAの重合率はほぼ100%であり、数平均分子量9800、PDI1.15であった。次いで、ポリマーブロックBは、HEMAに替えて、メタクリロイロキシエチルエチレンウレアのメタクリル酸メチル溶液(BASF社製、有効成分25質量%メタクリル酸メチル溶液を減圧してメタクリル酸メチルを抜き有効成分50%としたもの)70部を添加して重合した。重合率はほぼ100%であり、数平均分子量が12000、PDIが1.46であった。ポリマーブロックBの数平均分子量は2200であり、尿素基を有するメタクリレート系モノマーの含有量は50質量%である。これを実施例1と同様にして析出させて樹脂固体を得た。これを高分子分散剤-4とする。
[実施例5](RTCP法による高分子分散剤-5の合成)
 実施例1と同様にして重合時間を9時間に替えて、ポリマーブロックAを得た。その重合率は100%で、数平均分子量が5600、PDIが1.40であった。次いで、HEMA30部、メタクリロイロキシエチルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドの30質量%のプロピレングリコールモノプロピルエーテル13.3部を添加し、重合した。得られた重合物の分子量は、THF溶媒のGPCから、10ml/Lのリチウムブロマイドのジメチルホルムアミド溶液を展開溶媒とするGPCに換えて測定したところ、重合率はほぼ100%であり、数平均分子量が8200、PDIは1.40であった。ポリマーブロックBの数平均分子量は1600であり、水酸基を有するメタクリレート系モノマーの含有量は88.2質量%であり、イオン性基を有するモノマーの含有量は11.8%である。
 次に、水800部をディスパーで高速撹拌しながら、樹脂溶液200部を徐々に添加した。乳白色の水分散体が得られた。これを高分子分散剤-5とする。長期に保管しても全く沈降は見られず安定であった。
[比較例1](ラジカル重合法による比較高分子分散剤-1の合成)
 実施例1で用いたと同様の装置を使用して、DMDGを107部仕込んで、窒素ガスを導入しながら70℃に加温した。別容器にDCPOEMAを70部、HEMAを30部、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)〔商品名:V-65(以下、V-65と略記)、和光純薬社製〕を5.0部仕込んで撹拌し、均一化させてモノマー混合液を調製した。次いで、滴下ロートを反応装置に装着させ、滴下ロート内に上記で調製したモノマー混合液を仕込んで2時間にわたって滴下し、更に1時間後、V-65を2部添加し、更に5時間重合して、高分子分散剤-2の重合溶液を得た。固形分測定して重合率を算出したところ、ほぼ100%の重合率であった。Mnは8000、PDIは1.81であった。
 次いで、上記で得られた樹脂溶液を、実施例1と同様にして、析出、洗浄、乾燥して固形の高分子分散剤-2を90部得た。これは、実施例1の高分子分散剤-1と同様のモノマー組成であり、且つ、ランダム構造のものである。これを比較例1の比較高分子分散剤-1とした。
[比較例2](重金属触媒を使用したリビングラジカル重合法(LRP法)であるATRP法による比較高分子分散剤-2の合成)
 実施例1で用いたと同様の反応装置を使用して、DMDGを106部、DCPOEMAを70部、2-ブロモイソ酪酸エチルを2.2部、ペンタメチルジエチレントリアミンを2.0部仕込んで窒素ガスをバブリングして十分脱気した。次いで、臭化第一銅を1.6部添加して、銅錯体を形成させた。系は緑色に変化した。次いで、80℃に加温して3時間重合した。一部サンプリングして固形分を測定して重合率を算出したところ、81.1%であった。また、分子量を測定したところ、Mnが5000、PDI1.21であった。以上のようにして樹脂親和性セグメントAのポリマーブロックを得た。
 次いで、別容器に、HEMAを30部計りとり、その容器に窒素ガス導入管を設置し窒素ガスでバブリングして脱気した。次いで、上記の反応系中に添加して80℃で5時間重合して、セルロース吸着性セグメントBのポリマーブロックを形成した。最終的には青色の透明に変化した。重合の進行を反応系中の固形物濃度より算出した結果、トータルの重合率はほぼ100%であり、Mnは7300、PDIは1.32であった。A-BブロックコポリマーのMnが7300であり、AのポリマーブロックのMnが5000であることから、計算するとBのポリマーブロックの数平均分子量は、2300である。以上のようにして重金属を使用したLRP法にて、樹脂親和性セグメントAのポリマーブロックとセルロース吸着性セグメントBのポリマーブロックを有するA-Bブロックコポリマーである比較例2の比較高分子分散剤-2の重合溶液を得た。
 上記で得られた青色の重合溶液について実施例1と同様にして、水/メタノール混合溶液に、樹脂を析出させた。しかし、得られた析出物は青色であった。これは、上記したように、比較例2では、銅イオンを使用する重合方法で合成しており、重合した樹脂中に銅が取り込まれたためと考えられる。そこで、再度、析出物をDMDGに固形分50質量%になるように溶解し、再度水/メタノール混合溶液に析出させた。その結果、青味が薄くなったが、まだ青味が残っている状態であった。そこで、樹脂がほぼ白色となるまで、このDMDG溶解、水/メタノール析出を繰り返し行った。合計で5回行うことで、ほぼ白色の樹脂が得られた。これを、実施例1と同様にして乾燥して、固形の比較例2の比較高分子分散剤-2を80部得た。
 以上のように、重金属を使用するLRP法で合成した場合は、樹脂に取り込まれた重金属を取り除くのに十分な精製が必要になり、このためには、有機溶媒や析出溶剤が大量に必要になることが確認された。このことから、重金属を使用するLRP法を利用しての合成は、環境に悪く、省資源、省エネルギーの観点からも、課題がある方法であると言える。更に、精製することで得られた銅イオンを含む廃液は、そのままでは廃棄することができず、銅イオンの回収が必要であり、この点でも、煩雑で費用と手間のかかるものである。また、析出、溶解、ろ過を繰り返すことによって、歩留りが悪くなり、収率が悪い結果となったことからも、実用上、採用できる方法ではない。これに対し、本発明で利用する重金属を使用しない重合方法は、実施例1に示したように、非常に環境にやさしく、省エネルギー、省資源が達成でき、且つ、収率も高く、コスト的にも有利である。
[比較例3](ニトロキサイド化合物を用いるNMP法による比較高分子分散剤-3の合成)
 実施例1で用いたと同様の反応装置を使用して、DMDGを106部、DCPOEMAを70部、下記構造のニトロキサイド化合物(ブロックビルダーMA、アルケマ社製)を4.3部仕込んだ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
 窒素ガスを流しながら、1時間かけて105℃に加温した。そして、反応系を105℃に保ち5時間重合し、樹脂親和性セグメントAのポリマーブロックを得た。一部サンプリングし、反応系中の固形物濃度より算出した結果、重合率は78%であった。また、分子量は4200、PDIは1.62であり、分子量分布が広い結果であった。
 次いで、上記の反応系に続けて、HEMAを30部添加して105℃で5時間重合し、セルロース吸着性セグメントBのポリマーブロックを形成した。固形分濃度より算出した結果、トータルの重合率は76%であり、Mnは5500、PDIは1.89であった。これは、実施例1の場合と比較して、重合収率が悪く、分子量分布も広い結果となった。また、低分子量側に肩のピークが確認された。肩のピークの存在は、Aのポリマーブロックが重合に寄与することができず、末端が不活性になったものと考えられる。分子量に関しては、A-Bブロックコポリマーの全体のMnが5500であり、AのポリマーブロックのMnが4200であることから、5500-4200で計算されるBのポリマーブロックの数平均分子量は、1300である。以上のようにして、NMR法によって、樹脂親和性セグメントAのポリマーブロックと、セルロース吸着性セグメントBのポリマーブロックを有するA-Bブロックコポリマーである比較例3の比較高分子分散剤-3の重合溶液を得た。
 上記の結果から、モノマー組成を同様にしても、本発明の重合方法ではないNMP法では、メタクリレート系モノマーでの精密な制御ができなかったとこが確認され、本発明の重合方法であるRTCP法が好適であることを示した。
 また、重合率は不良であるが、実施例1と同様にして樹脂を析出させ、洗浄した。しかし、重合率が悪いため、モノマーが残留しモノマー臭がした。そこで、比較例2と同様にしてDMDGに溶解、水/メタノール混合溶液に析出を2回繰り返し白色の樹脂を得た。残留モノマー臭が低減された。得られた析出物を80℃24時間乾燥して、固形の高分子分散剤を80部得た。これを比較高分子分散剤-3と称す。
[比較例4](硫黄化合物を用いるRAFT法による比較高分子分散剤-4の合成)
 実施例1で用いたと同様の反応装置を使用して、DMDGを106部、DCPOEMAを70部、下記構造のジチオエステル化合物(アルドリッチ社製)を3.1部、更に、V-70を1.0部仕込んだ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
 窒素ガスを流しながら、1時間かけて50℃に加温した。そして、反応系を50℃に保ち5時間重合し、樹脂親和性セグメントAのポリマーブロックを得た。一部サンプリングし、反応系中の固形物濃度より算出した結果、重合率は90%であった。また、Mnは5300、PDIは1.88であり、分子量分布が広い結果であった。
 次いで、上記の反応系に続けて、HEMAを30部添加して50℃で5時間重合し、セルロース吸着性セグメントBのポリマーブロックを形成した。固形分濃度より算出した結果、トータルの重合率はほぼ100%であり、Mnは7900、PDIは2.01であった。重合は進行するものの、分子量分布は広い結果であった。A-BブロックコポリマーのMnが7900、AのポリマーブロックのMnが5300であることから、計算して求めたBのポリマーブロックの数平均分子量は2600である。以上のようにしてRAFT法にて、樹脂親和性セグメントAのポリマーブロックとセルロース吸着性セグメントBのポリマーブロックを有するA-Bブロックコポリマーである比較例4の比較高分子分散剤-4の重合溶液を得た。得られた重合溶液は、黄味の透明溶液であるが、メルカプト系の悪臭がする樹脂溶液であった。
 上記で得られた重合溶液を実施例1と同様にして、水/メタノール混合溶液に析出させて、水/メタノール溶液で洗浄し、得られた析出物を80℃24時間乾燥して、白色の固形の比較例4の比較高分子分散剤-4の98部を得た。上記したように、比較例4で使用したRAFT法は、非常に硫黄化合物の臭気がするものであり、作業性、加工工程上不適切であると考えられる。更に、前記したチオエステル化合物は特殊であり、大量生産には不向きであり、実用化した場合、コスト的には不利であると考えられ、これに比べて本発明で規定する重合方法は非常に有利であることが示唆された。
[製造例1](セルロースナノファイバー(CNF)の調製)
 まず、針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)〔リファイナー処理済み、固形分:25%〕600部に、水を19400部添加し、パルプスラリー濃度0.75質量%の水懸濁液(スラリー)を調製した。次に、得られたスラリーに対し、ビーズミルを用いて機械的解繊処理を行った。解繊処理を行った後、フィルタープレスで脱水し、含水状態のCNF-1(固形分:25%)を570部得た。
[実施例6](高分子分散剤-1のセルロースへの処理)
 先に調製した高分子分散剤-1を10部、DMDG25部に溶解させ、これに、カチオン性界面活性剤としてオレイルアミン酢酸塩を0.2部添加し、均一に撹拌しながら、次に、水64.8部を滴下して、10質量%の高分子分散剤-1の水系分散処理剤の溶液を100部得た。得られた溶液は、高分子分散剤-1が淡い黄濁状に分散しており、これを24時間静置しても沈降は確認されなかった。
 次に、先に調製した含水状態のCNF-1(固形分:25%)の40部に、上記で得た高分子分散剤-1の水系分散処理剤の溶液を100部添加し、十分に混合して、高分子分散剤-1をセルロースに処理した易分散性セルロース組成物を140部得た。
[実施例7、8]
 また、同様にして、実施例1の高分子分散剤-1に替えて、実施例2の高分子分散剤-2、実施例4の高分子分散剤-4を用いて、同様の水処理分散処理剤の溶液を調整した。同様に淡い黄濁状に分散しており、沈降は確認されなかった。次いで、同様にして、CNF-1を処理し、易分散性セルロース組成物を得た。
[実施例9、10]
 先に調製した含水状態のCNF-1(固形分:25%)の40部に、上記で得た高分子分散剤-3又は-5の水系分散処理剤の溶液を100部添加し、十分に混合して、高分子分散剤-1をセルロースに処理した易分散性セルロース組成物を得た。
[比較例5~8](比較高分子分散液-1~4のセルロースへの処理)
 比較例1~4で作製した比較高分子分散剤-1~4について、それぞれ実施例2と同様にして、各高分子分散剤のCNF-1への処理を実施し、各高分子分散剤を処理した比較例のセルロース組成物をそれぞれ140部得た。得られた各CNF組成物を比較例5~8とした。
[実施例11](易分散性セルロース組成物と樹脂を含む混練組成物の調製)
 実施例6で作製した、高分子分散剤-1をセルロースに処理した易分散性セルロース組成物40部に、微粒子状ポリエチレン〔住友精化製、フロービーズHE3040(商品名)、以下「微粒子状のPE」と略す〕の80部を水50部で湿潤させた状態で添加し、混合した。得られた混合物を、ろ過及び乾燥することで、混合物中の水及びDMDGを除去して、高分子分散剤-1で処理されたCNF-1と微粒子状のPEとの混合組成物であるセルロース分散樹脂組成物を98部得た。
[実施例12~15](易分散性セルロース組成物と樹脂を含む混練組成物の調製)
 実施例11の実施例6の易分散性セルロース組成物に替えて、実施例7~10の易分散性セルロース組成物を用いて、同様のセルロース分散樹脂組成物を得た。
〔評価〕(二軸押出混練、射出成型及び引張試験)
 上記で得たCNF-1と微粒子状のPEとの混合組成物について、下記に述べる方法で、二軸押出混練、射出成型、引張試験による引張弾性率、引張強度の評価を実施した。具体的には、二軸押出混練を、混練温度140℃で実施し、ストランド状に吐出して冷却、ペレタイザーでカッティングして、CNF-1が分散したPE樹脂ペレットを調製した。そして、得られたCNF-1が分散したPE樹脂ペレットを用い、射出成型を実施し、ダンベル片(ダンベル厚:2mm)を作製して評価用サンプルとした。この評価用サンプルのダンベル片について、引張試験機(インストロン社製:万能試験機5900シリーズ使用)で、10mm/minの引張速度で引張試験を実施し、引張弾性率及び引張強度を測定し、評価した。上記と同様にして、実施例7~10で得られた高分子分散剤-2~5をセルロースに処理した易分散性セルロース組成物を使用して、上記と同様に試験し、評価した。その結果を表3中にまとめて示した。
[比較例9~12](高分子分散剤処理CNF及び樹脂を含む樹脂組成物の混練)
 比較例5~8の、比較高分子分散剤-1~4をそれぞれセルロースに処理した各セルロース組成物について、実施例3と同様にしてPEとの混合組成物を作製し、これを用いて、二軸押出混練、射出成型、引張試験を実施し、引張弾性率及び引張強度を評価した。これを比較例9~12とする。その結果を表3中にまとめて示した。
[実施例16](セルロース分散用の分散剤含有樹脂組成物の調製)
 実施例1で合成した高分子分散剤-1の重合溶液(固形分濃度:50.1%)の119.8部を、水1000部に撹拌しながら添加して高分子分散剤-1を析出させ、高速に撹拌することにより水中で微粉砕状とした。次に、実施例3で使用したと同様の微粒子状のPEを140部添加し、高分子分散剤-1と均一になるよう撹拌し、ろ過、80℃で乾燥させて、高分子分散剤-1及び微粒子状のPEを含む、セルロース分散用分散剤含有樹脂組成物199部を得た。この組成物の二軸押出混練を140℃の混練条件で実施し、細いストランド状に吐出して冷却、ペレタイザーでカッティングして、細粒状の高分子分散剤-1とPE樹脂の混練組成物を得た。この混練組成物中には、高分子分散剤-1とPE樹脂が、30質量%と70質量%の比率で含んでいるものである。
[実施例17](セルロース分散樹脂混練組成物の調製)
 含水状態のCNF-1(固形分:25%)の40部を水500部に添加し、高速撹拌してCNF-1を水中でスラリー状とした。次に、このスラリーに実施例4で作成した細粒状の混練組成物33.3部及び微粒子状のPE56.7部を添加して撹拌して均一化した後、ろ過することで、含水状態の混合組成物を120部得た。この含水状態の混合組成物には、高分子分散剤-1として10部、CNF-1として10部、PE樹脂として80部を含み、水を20部含んだ状態である。この混合組成物を含水状態のまま二軸押出機に投入し、混練を実施した。混練温度は140℃で、水分除去用にベント孔を開放して実施し、ストランド状に吐出して冷却し、ペレタイザーでカッティングしてCNF-1が分散したPE樹脂ペレットを得た。そして、実施例3と同様に射出成型、引張試験を実施し、引張弾性率、引張強度を評価した。その結果を表3中に示した。
〔評価結果〕
(重合方法による高分子分散剤の分子構造の違い)
 実施例-1と比較例の各高分子分散剤を構成する、それぞれに異なる重合法で重合して得たA-Bブロック共重合体の構造の違いを表1にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
(各高分子分散剤を得る際の重合方法と、各樹脂組成物の性能の比較)
 実施例1と比較例1~4の各高分子分散剤を得る際にそれぞれ用いた、各重合方法による違いを表2にまとめて示した。具体的には、重合条件を、得られる共重合体の分子構造の制御のし易さ、重合温度の低さ、臭気の発生、精製のし易さ、低コストの各項目について、「○、△、×」の3段階で相対評価し、表2にまとめて示した。また、先に述べたようにして、実施例と比較例の各高分子分散剤を用いてそれぞれ作製した、CNF-1と微粒子状のPEとの混練樹脂組成物の機械特性を比較した結果を、表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
 本発明の活用例としては、親水性物質であるセルロースに適用することができる、従来なかった高性能のセルロース用高分子分散剤を、簡便に、環境に配慮した経済的な方法で提供することが可能になる。この結果、再生が可能な天然素材であり、優れたフィラーとしての機能が注目されているものの、親水性の物質であることから、汎用樹脂等への分散が難しく、現状では、その利用が促進されていない微細なセルロース繊維の広範な利用の実現が可能になる。本発明の顕著な効果は、親水性物質であるセルロースに適用することができる、従来なかった高性能のセルロース用高分子分散剤が簡便に収率よく、提供されることで、該高分子分散剤をセルロースに処理することで、高分子分散剤とセルロースとを含む汎用樹脂である熱可塑性樹脂に易分散性のセルロース組成物を簡便に得ることができるようになる結果、得られたものである。本発明によって提供されるセルロース分散樹脂組成物は、機械特性に優れる実用価値の高いものになるので、その広範な利用が期待される。

Claims (14)

  1.  セルロースを分散させるためのセルロース用高分子分散剤であって、該高分子分散剤が、重金属、ニトロキサイド化合物又は硫黄系化合物のいずれについても用いない、リビングラジカル重合法である、有機ヨウ素化合物を開始化合物とし、リン化合物、窒素化合物、酸素化合物又は炭素化合物を触媒とする、可逆連鎖移動触媒重合(RTCP)法により合成された、樹脂親和性セグメントAと、セルロース吸着性セグメントBとを有するブロック共重合体構造を有する高分子化合物であることを特徴とするセルロース用高分子分散剤。
  2.  前記高分子化合物が、更に、下記(1)~(5)の要件をすべて満たすA-Bブロック共重合体である請求項1に記載のセルロース用高分子分散剤。
    (1)前記A-Bブロック共重合体の構成成分の90質量%以上がメタクリレート系モノマーで構成されていること;
    (2)前記セルロース吸着性セグメントBは、構成成分の50質量%以上が、水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーで構成されており、且つ、熱可塑性樹脂との相溶性がないこと;
    (3)前記樹脂親和性セグメントAのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が500~20000であり、且つ、前記A-B共重合体全体に占める該樹脂親和性セグメントAの割合が5~95質量%であること;
    (4)前記セルロース吸着性セグメントBのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が500~20000であり、且つ、前記A-B共重合体全体に占める該セルロース吸着性セグメントBの割合が5~95質量%であること;
    (5)前記A-Bブロック共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が3500~40000であり、且つ、分子量分布指数(重量平均分子量/数平均分子量)が1.0~1.6であること。
  3.  前記(2)のセルロース吸着性セグメントBの構成成分の70質量%以上が、水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーで構成されており、
     前記(3)の樹脂親和性セグメントAのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が1000~8000であり、且つ、前記A-B共重合体全体に占める樹脂親和性セグメントAの割合が30~70質量%であり、
     前記(4)のセルロース吸着性セグメントBのゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が1000~8000であり、且つ、前記A-B共重合体全体に占めるセルロース吸着性セグメントBの割合が30~70質量%であり、
     前記(5)のA-B共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるポリスチレン換算の数平均分子量が2000~16000であり、分子量分布指数(重量平均分子量/数平均分子量)が1.0~1.6である請求項2に記載のセルロース用高分子分散剤。
  4.  前記(2)のセルロース吸着性セグメントBの構成成分の70質量%以上が、水酸基を1個以上有するメタクリレート系モノマー及び/又は尿素基を有するメタクリレート系モノマーで構成されており、更に、構成成分の3~15質量%が、アルカリで中和されたメタクリル酸及び/又はカルボキシ基を有するメタクリレート系モノマー又は第4級アンモニウム塩基を有するメタクリレート系モノマーで構成されている請求項2又は3に記載のセルロース用高分子分散剤。
  5.  前記セルロースが、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1~4のいずれか1項に記載のセルロース用高分子分散剤。
  6.  前記セルロースに対する分散性を向上させた高分子分散剤を含有する水系分散処理剤であって、請求項4に記載のセルロース用高分子分散剤を、水系媒体中に分散処理してなることを特徴とする高分子分散剤含有の水系分散処理剤。
  7.  セルロースに対する分散性を向上させた高分子分散剤を含有する水系分散処理剤であって、請求項1~4のいずれか1項に記載のセルロース用高分子分散剤を、界面活性剤によって水系媒体中に分散処理されてなることを特徴とする高分子分散剤含有の水系分散処理剤。
  8.  前記界面活性剤が、カチオン性界面活性剤である請求項5に記載の水系分散処理剤。
  9.  請求項1~5のいずれか1項に記載のセルロース用高分子分散剤と、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロースとを含んでなることを特徴とする易分散性セルロース組成物。
  10.  請求項6又は7に記載の水系分散処理剤と、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタル、パルプ、リグノセルロース及び木粉からなる群から選ばれる少なくとも1種のセルロースとを含んでなることを特徴とする易分散性セルロース組成物。
  11.  請求項9又10に記載の易分散性セルロース組成物と、熱可塑性樹脂とを含んでなることを特徴とするセルロース分散樹脂組成物。
  12.  請求項1~5のいずれか1項に記載のセルロース用高分子分散剤と、熱可塑性樹脂とを含んでなることを特徴とするセルロース分散用分散剤含有樹脂組成物。
  13.  請求項6又は7に記載の水系分散処理剤と、熱可塑性樹脂とを含んでなることを特徴とするセルロース分散用分散剤含有樹脂組成物。
  14.  請求項12又は13に記載のセルロース分散用分散剤含有樹脂組成物と、セルロースとを含んでなることを特徴とするセルロース分散樹脂組成物。
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