説明

セルロース系樹脂およびその製造方法

【課題】熱可塑性(成形性)、強度および耐水性が改善された、高植物性で且つ非可食部利用率の高いセルロース系樹脂を提供する。
【解決手段】セルロース又はその誘導体をマーセル化してなるマーセル化セルロースと、このマーセル化セルロースの官能基と反応し得る官能基を有するカルダノール又はその誘導体とを結合してなるセルロース系樹脂。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、セルロース系樹脂およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
植物を原料とするバイオプラスチックは、石油枯渇対策や温暖化対策に寄与できるため、包装、容器、繊維などの一般製品に加え、電子機器、自動車等の耐久製品への利用も開始されている。
【0003】
しかし、通常のバイオプラスチック、例えば、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカネート、デンプン変性物などは、いずれもデンプン系材料、すなわち可食部を原料としている。そのため、将来の食料不足への懸念から、非可食部を原料とする新しいバイオプラスチックの開発が求められている。
【0004】
非可食部を原料とするバイオプラスチックとしては、すでに、非可食部である木材や草木の主要成分であるセルロースを利用した種々のバイオプラスチックが開発され、製品化されている。
【0005】
セルロースは、β−グルコースが重合した高分子であるが、結晶性が高いため、硬くて脆く、熱可塑性もない。さらに、多くのヒドロキシ基を含有するため吸水性が高く、耐水性が低い。そこで、セルロースの特性を改善するための種々の検討が行われている。
【0006】
例えば、特許文献1(特開平11−255801号公報)には、ヒドロキシ基を有するセルロースアセテートにε−カプロラクトンを開環グラフト重合させてなる、熱可塑性を有する生分解性グラフト重合体が開示されている。
【0007】
一方、セルロース以外の非可食部成分を利用した材料の開発も行われている。例えば、カシューナッツの殻由来のカルダノールは、安定した生産量に加え、特徴的な分子構造から機能性にも優れているため、様々な用途に適用されている。
【0008】
カルダノールを利用した例として、特許文献2(特開平10−8035号公報)には、アラミドパルプとセルロース繊維からなる繊維基材、炭酸カルシウムとカシューダストからなる充填材、及びフェノール樹脂からなる結合材を用いて形成されたブレーキ用の摩擦材が開示されている。特許文献3(特開2001−32869号公報)には、アラミド繊維とセルロース繊維からなるベース基材、グラファイトとカシューダストからなる充填材、及び有機無機複合バインダを用いて形成された摩擦材が開示されている。この摩擦材は、自動車等の動力伝達系のクラッチフェーシングに適用されることが記載されている。
【0009】
非特許文献1(George John et al., Polymer Bulletin, 22, p.89-94(1989))には、紙シートをカルダノールに浸し、この紙シートを構成するセルロースにカルダノールを結合するグラフト化反応を行うことによって、紙の耐水性を向上できることが記載されている。このグラフト化反応においては、ボロントリフルオリドジエチルエーテル(BF3−OEt2)の存在下で、カルダノールの末端二重結合とセルロースのヒドロキシ基が結合することが記載されている。
【0010】
非特許文献2(Emmett M. Partain et al., Polymer Preprints, 39, p.82-83(1998))には、ヒドロキシエチルセルロースにエポキシ基を導入したカルダノールを結合させることによって耐水性が向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開平11−255801号公報
【特許文献2】特開平10−8035号公報
【特許文献3】特開2001−32869号公報
【非特許文献】
【0012】
【非特許文献1】George John et al., Polymer Bulletin, 22, p.89-94(1989)
【非特許文献2】Emmett M. Partain et al., Polymer Preprints, 39, p.82-83(1998)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
セルロース系バイオプラスチックは、セルロース自体が持つ特性の影響により、強度や耐熱性、耐水性、熱可塑性が不十分であり、特に電子機器用外装などの耐久製品に適用するためには、これらの特性の改善が必要である。
【0014】
また、セルロース系バイオプラスチックは、熱可塑性を改善するために可塑剤を添加すると、耐熱性や強度(特に剛性)が低下したり、均一性の低下や可塑剤のブリードアウト(成形体表面への染みだし)の問題が生じたりする。また、石油原料からなる可塑剤を多量に添加すると、植物利用率(植物性)が低下する。
【0015】
本発明の目的は、熱可塑性(成形性)、強度および耐水性が改善された、高植物性で且つ非可食部利用率の高いセルロース系樹脂、並びにその樹脂の簡便な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の一態様によれば、セルロース又はその誘導体をマーセル化してなるマーセル化セルロースと、該マーセル化セルロースの官能基と反応し得る官能基を有するカルダノール又はその誘導体とを結合してなるセルロース系樹脂が提供される。
【0017】
本発明の他の態様によれば、上記のセルロース系樹脂をベース樹脂として含む樹脂組成物が提供される。
【0018】
本発明の他の態様によれば、上記の樹脂組成物よりなる成形用材料が提供される。
【0019】
本発明の他の態様によれば、セルロース又はその誘導体をマーセル化してなるマーセル化セルロースと、該マーセル化セルロースの官能基と反応し得る官能基を有するカルダノール又はその誘導体とを、該マーセル化セルロースが懸濁した懸濁液中で反応させる工程を有する、セルロース系樹脂の製造方法が提供される。
【0020】
本発明の他の態様によれば、セルロース又はその誘導体をアルカリ化剤水溶液中に浸漬するマーセル化処理を行ってマーセル化セルロースを形成する工程と、
前記マーセル化セルロース中に水分が残留し且つ残留する水分中のアルカリ化剤濃度が5質量%以下になるように、前記アルカリ化剤水溶液を希釈し除去する工程と、
前記マーセル化セルロースと、該マーセル化セルロースの官能基と反応し得る官能基を有するカルダノール又はその誘導体とを、該マーセル化セルロースが懸濁した懸濁液中で反応させる工程を含む、セルロース系樹脂の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0021】
本発明の実施形態によれば、熱可塑性(成形性)、強度および耐水性が改善された、高植物性で且つ非可食部利用率の高いセルロース系樹脂、並びにその樹脂の簡便な製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明の実施形態によるセルロース系樹脂は、セルロース又はその誘導体を、アルカリ化剤で処理することによって、マーセル化し、マーセル化したセルロース又はその誘導体(以下「マーセル化セルロース」)の官能基と反応し得る官能基を有するカルダノ―ル又はその誘導体を結合させることにより得ることができる。ここで、マーセル化とは、セルロース(又はその誘導体)の水酸基と、アルカリ化剤(アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物あるいは炭酸塩等)との反応により、セルロース(又はその誘導体)の水酸基の水素の一部または全てをアルカル金属やアルカリ土類金属に置換することをいう。なお、以下、カルダノール又はその誘導体を適宜「カルダノール成分」と表記する。
【0023】
本実施形態によれば、製造工程が少なく、簡便な製造方法によってカルダノール付加セルロース樹脂を提供できる。すなわち、この製造方法は、不均一系(マーセル化セルロースが懸濁)で反応できるため、反応終了後、濾過等による固液分離と水を用いた洗浄によって、生成物を簡単に回収でき、さらに副生成物を容易に除去できる。これにより、通常の均一系反応では必要な、大量の有機溶剤による生成物の再沈殿工程(溶解度の差を利用した精製工程)が不要となる。
【0024】
本実施形態のセルロース系樹脂は、セルロース又はその誘導体をマーセル化し、このマーセル化セルロースの官能基と反応し得る官能基を有するカルダノール成分をグラフト状に結合させたものである。以下、セルロース又はその誘導体へのカルダノール又はその誘導体の結合(付加)を適宜「グラフト化」という。
【0025】
このようなグラフト化によって、機械的特性(特に靭性)、耐水性を改善することができる。また、このグラフト化によって良好な熱可塑性が付与されるため、可塑剤の添加量を低減あるいは可塑剤を添加しなくてもよくなる。その結果、可塑剤を加えたセルロース系樹脂に比べて耐熱性や強度(特に剛性)の低下を抑えることができ、また樹脂の均質性を高めることができ、ブリードアウトの問題も解消できる。さらに、石油原料からなる可塑剤の添加量を低減または無添加にできるため、結果、植物性を高めることができる。加えて、セルロースとカルダノールは、いずれも植物の非可食部であるため、非可食部の利用率を高めることができる。
【0026】
セルロース又はその誘導体をマーセル化し、このマーセル化セルロースの官能基と反応し得る官能基を有するカルダノール成分をグラフト化することによって、その他の非マーセル化セルロース(又はその誘導体)とカルダノール成分をグラフト化する方法よりも簡便な製造方法が提供できる。このマーセル化セルロースの官能基と反応し得る官能基としてエポキシ基又はカルボン酸ハライド基を有するカルダノール成分(以下「エポキシ基変性カルダノール」又は「カルボン酸ハライド基変性カルダノール」)を用いることが好ましく、エポキシ基変性カルダノールを用いることが好ましい。さらに、これらの変性カルダノールと反応させるマーセル化セルロースに含有される水分中のアルカリ化剤(例えばアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物又は炭酸塩、特にアルカリ金属の水酸化物)の濃度を5質量%以下に調整することが好ましい。これにより、変性カルダノール間の自己重合(オリゴマー化)を抑制することができ、マーセル化セルロースとのグラフト反応効率を向上することができる。
【0027】
マーセル化に用いるアルカリ化剤水溶液は、マーセル化処理時のアルカリ化剤濃度が10質量%以上40質量%以下であることが好ましい。
【0028】
グラフト化の際のマーセル化セルロースに含まれる水分量は、固形分(マーセル化セルロース)100質量部に対する水分(アルカリ化剤水溶液)量として100質量部以下が好ましく、80質量部以下がより好ましい。
【0029】
グラフト化による生成物(グラフト化セルロース系樹脂)と、溶媒とは、固液分離することができる。
【0030】
本発明の実施形態によるセルロース系樹脂においては、マーセル化セルロースのグルコース単位あたりの、カルダノール又はその誘導体の付加数DSCDは0.1以上であることが好ましい。
【0031】
また、マーセル化セルロースの官能基に、プロピオニル基、アセチル基及びブチリル基から選ばれる少なくとも一種のアシル基が付加されていることが好ましい。そして、このマーセル化セルロースのグルコース単位あたりの、前記アシル基の付加数DSACは0.5以上であることが好ましい。
【0032】
また、グルコース単位あたりの残存するヒドロキシ基の個数DSOHは、0.9以下であることが好ましい。
【0033】
また、セルロース成分およびカルダノ―ル成分の合計量は、樹脂全体に対して50質量%以上であることが好ましい。
【0034】
本発明の実施形態による樹脂組成物は、セルロース系樹脂をベース樹脂として含み、さらに熱可塑性ポリウレタンエラストマー又は変性シリコーン化合物を含むことができる。
【0035】
以下、本発明の好適な実施の形態についてさらに詳細に説明する。
【0036】
[マーセル化セルロース(又はその誘導体)]
セルロースは、下記式(1)で示されるβ−グルコースの直鎖状重合物であり、各グルコース単位は三つのヒドロキシ基を有している。これらのヒドロキシ基を利用して、カルダノール誘導体をグラフト化することができる。
【0037】
【化1】

【0038】
セルロースは、草木類の主成分であり、草木類からリグニン等の他の成分を分離処理することによって得られる。このように得られたものの他、セルロース含有量の高い綿やパルプを精製してあるいはそのまま用いることができる。
【0039】
セルロース(又はその誘導体)の重合度は、グルコース重合度として、50〜5000の範囲が好ましく、100〜3000がより好ましい。重合度が低すぎると、製造した樹脂の強度、耐熱性などが十分でない場合がある。逆に、重合度が高すぎると、製造した樹脂の溶融粘度が高くなりすぎて成形に支障をきたす場合がある。
【0040】
セルロース(又はその誘導体)には、類似の構造のキチンやキトサンが混合されていてもよく、混合されている場合は、混合物全体に対して30質量%以下が好ましく、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がさらに好ましい。
【0041】
ここでセルロース誘導体としては、これらのヒドロキシ基の一部をアシル化、エーテル化、又はグラフト化したものが挙げられる。具体的には、セルロースアセテート、セルロースブチレート、セルロースプロピオネート等の有機酸エステル;硝酸セルロース、硫酸セルロース、リン酸セルロース等の無機酸エステル;セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートフタレート、硝酸酢酸セルロース等の混成エステル;メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のエーテル化セルロース等が挙げられる。また、スチレン、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、ε−カプロラクトン、ラクチド、グリコリドなどをグラフト化させたセルロースが挙げられる。これらのアシル化セルロース、エーテル化セルロース、及びグラフト化セルロースは、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0042】
本実施形態におけるセルロース(又はその誘導体)は、例えば、そのヒドロキシ基の一部がアシル化された、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート及びセルロースブチレートから選ばれる少なくとも一種のアシル化セルロースを好適に用いることができる。
【0043】
本明細書では、セルロース誘導体の用語は、セルロース化合物、及びセルロースを原料として生物的あるいは化学的に官能基を導入して得られるセルロース骨格を有する化合物のいずれも含む意味で用いる。
【0044】
本実施形態におけるマーセル化セルロース(又はその誘導体)は、上記セルロース(又はその誘導体)を、アルカリ化剤で処理することによって得られる。
【0045】
本実施形態におけるアルカリ化剤としては、ナトリウム、カリウム、カルシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物あるいは炭酸塩等を用いることができ、この水溶液を使用することが好ましい。特に、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化リチウムが好ましく、特に、水酸化ナトリウムが好ましい。
【0046】
このようなアルカリ化剤を用いてセルロース(又はその誘導体)を処理してマーセル化セルロース(又はその誘導体)を得る方法は、通常のマーセル化処理によって行うことができ、例えば、セルロース(又はその誘導体)をアルカリ化剤の水溶液中に浸漬し、室温で10分〜24時間程度処理する。その際、アルカリ化剤の濃度は、反応性を高める等の観点から、10質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、20質量%以上がさらに好ましい。また、マーセル化処理後のアルカリ剤の濃度の調整処理や中和処理を容易にする観点から、アルカリ化剤の濃度は40質量%以下が好ましく、35質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。
【0047】
[カルダノール成分のグラフト化]
カルダノールは、カシューナッツの殻に含まれる成分であり、下記式(2)で示されるフェノール部分と直鎖状炭化水素部分からなる有機化合物である。カルダノールには、その直鎖状炭化水素部分Rにおいて不飽和結合数の異なる4種類が存在し、通常、これらの4成分の混合物である。すなわち、下記式(2)に記載した、3−ペンタデシルフェノール、3−ペンタデシルフェノールモノエン、3−ペンタデシルフェノールジエン、および3−ペンタデシルフェノールトリエンの混合物である。カシューナッツ殻液から抽出および精製して得られたカルダノールを用いることができる。
【0048】
【化2】

【0049】
カルダノールの直鎖状炭化水素部分は樹脂の柔軟性と疎水性の向上に寄与し、フェノール部分はグラフト化に利用される反応性に富むヒドロキシ基を有する。このようなカルダノール(又はその誘導体)をマーセル化セルロース(又はその誘導体)にグラフト化させると、カルダノール(又はその誘導体)がブラシ状に付与されたセルロース系構造体が形成され、この結果、このグラフト化したカルダノール同士の相互作用によって機械的特性(特に靭性)を改善できるとともに、熱可塑性も付与でき、さらにカルダノールの疎水性によって耐水性を改善できる。
【0050】
グラフト化は、カルダノ―ル(又はその誘導体)のヒドロキシ基を利用して、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基と容易に反応できる官能基を導入し、この官能基とマーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基とを反応させることによって行うことができる。結果、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基が結合しているセルロース炭素原子と、カルダノール(又はその誘導体)のヒドロキシ基(フェノール性水酸基)が結合しているカルダノール炭素原子とを、エーテル結合またはエステル結合を介して連結することができる。このようなグラフト化によれば、グラフト反応効率を向上することができ、また副反応を抑制することができる。さらに、製造工程が少なく、副生成物の少ない簡便な方法で製造することができる。
【0051】
上記のカルダノ―ル(又はその誘導体)のヒドロキシ基を利用して導入する官能基としては、エポキシ基、カルボン酸ハライド基(特にカルボン酸クロライド基)が好ましい。カルボン酸ハライド基は、グラフト化前にカルボキシル基を酸ハライド化して形成することができる。
【0052】
このようなカルダノール(又はその誘導体)のヒドロキシ基を利用してエポキシ基又はカルボン酸ハライド基を導入するために用いる化合物の具体例としては、エピハロヒドリン類及びモノクロロカルボン酸を挙げることができる。エピハロヒドリン類を用いてエポキシ基を導入してエポキシ基変性カルダノールを得ることができる。モノクロロカルボン酸を用いてカルボキシル基を導入し、このカルボキシル基を酸ハライド化してカルボン酸ハライド基変性カルダノールを得ることができる。このエピハロヒドリン類としては、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリンなどが挙げられる。なかでもエピクロロヒドリンが好ましく使用される。エピハロヒドリンは、必要に応じて2種類以上用いることもできる。このモノクロロカルボン酸としては、モノクロロ酢酸、3−クロロプロピオン酸、3−フルオロプロピオン酸、4−クロロ酪酸、4−フルオロ酪酸、5−クロロ吉草酸、5−フルオロ吉草酸、6−クロロヘキサン酸、6−フルオロヘキサン酸、8−クロロオクタン酸、8−フルオロオクタン酸、12−クロロドデカン酸、12−フルオロドデカン酸、18−クロロステアリン酸、18−フルオロステアリン酸が挙げられる。
【0053】
上述のグラフト化によれば、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基とカルダノール成分のフェノール性水酸基を消失させてグラフト結合を形成するとともに、マーセル化セルロース(又はその誘導体)にカルダノールの疎水性構造を導入することができ、耐水性を改善できる。
【0054】
カルダノール成分をマーセル化セルロース(又はその誘導体)にグラフト化させるには、上述のように、カルダノールのフェノール性水酸基とマーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基を利用することが、グラフト反応の効率や、形成した分子構造、耐水性、さらに副生成物の低減の点から好ましい。このようなグラフト化は、カルダノールの直鎖状炭化水素部分中の不飽和結合(二重結合)を利用するグラフト化に比べて、反応性の高いフェノール性水酸基を利用するため、より効率的なグラフト化を実現できる。また、本実施形態のグラフト化によれば、カルダノールのフェノール部分がセルロースと反応して固定化されるため、グラフト化されたカルダノールの直鎖状炭化水素部分同士の相互作用が高まり、機械的特性の所望の改善効果を得ることが可能になる。さらに、本実施形態では、カルダノールのフェノール性水酸基を消失させてグラフト化するため、フェノール性水酸基を利用しないグラフト化に比べて、耐水性を改善する(吸水性を抑える)観点からも有利である。
【0055】
上記のエポキシ基変性カルダノールは、カルダノール(又はその誘導体)のヒドロキシ基を利用してエポキシ基を導入することによって得られる。その方法としては、特に限定されるものではなく、一般的によく知られた方法を用いることができる。例えば、カルダノール(又はその誘導体)のヒドロキシ基とエピハロヒドリン(特にエピクロロヒドリン)をアルカリ金属の存在下、有機溶媒中で反応させることで、エポキシ基変性カルダノールを形成できる。
【0056】
また、上記のカルボン酸ハライド基変性カルダノールは、カルダノール(又はその誘導体)のヒドロキシ基を利用してカルボン酸ハライド基を導入することによって得られる。その方法としては、特に限定されるものではなく、一般的によく知られた方法を用いることができる。例えば、カルダノール(又はその誘導体)のヒドロキシ基とハロゲン化カルボン酸(特にモノクロロ酢酸)をアルカリ金属の存在下、有機溶媒中で反応させることで、カルダノール(又はその誘導体)へカルボキシル基を導入し、このカルボキシル基をオキサリルクロライドと反応させてカルボン酸ハライド基へ変換することにより、カルボン酸ハライド基変性カルダノールを形成できる。
【0057】
エポキシ基変性カルダノールを用いたグラフト化の場合、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基が結合しているマーセル化セルロース炭素原子と、カルダノール(又はその誘導体)のヒドロキシ基が結合しているカルダノール炭素原子とは、エーテル結合を介して結合される。このエーテル結合は、セルロース炭素原子に直接結合している。エポキシ基変性カルダノールの形成においてエピハロヒドリン(例えばエピクロロヒドリン)を用いた場合、セルロース炭素原子とカルダノール炭素原子とは、セルロース炭素原子に直接結合するエーテル結合と、カルダノール炭素原子に直接結合するエーテル結合を介して結合される。
【0058】
このようなグラフト化の際、エポキシ基変性カルダノールと反応させるマーセル化セルロースに含有される水分中のアルカリ化剤(特にアルカリ金属水酸化物)の濃度を5質量%以下に調整することにより、エポキシ基変性カルダノール間の自己重合(オリゴマー化)を抑制することができ、マーセル化セルロースへのグラフト反応効率を向上することができる。
【0059】
カルボン酸ハライド基変性カルダノールを用いたグラフト化の場合、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基が結合しているマーセル化セルロース炭素原子と、カルダノール(又はその誘導体)のヒドロキシ基が結合しているカルダノール炭素原子とは、エステル結合を介して結合される。このエステル結合はセルロース炭素原子に直接結合している。カルボン酸ハライド基変性カルダノールの形成においてハロゲン化カルボン酸(例えばモノクロロ酢酸)を用いた場合、セルロース炭素原子とカルダノール炭素原子とは、セルロース炭素原子に直接結合するエステル結合と、カルダノール炭素原子に直接結合するエーテル結合を介して結合される。
【0060】
このようなグラフト化の際、カルボン酸ハライド基変性カルダノールと反応させるマーセル化セルロースに含有される水分中のアルカリ化剤(特にアルカリ金属水酸化物)の濃度を5質量%以下に調整することにより、カルボン酸ハライド基変性カルダノール間の自己重合(オリゴマー化)を抑制することができ、マーセル化セルロースへのグラフト反応効率を向上することができる。
【0061】
グラフト化の際のマーセル化セルロースに含有される水分中のアルカリ化剤の濃度は、グラフト反応の効率を向上する観点から、5質量%以下が好ましい。このような観点から、このアルカリ化剤の濃度は、低いほど好ましいが、濃度を低くしようとするほどその処理により作業効率が低くなるため、0質量%より大きくてもよく、例えば0.1質量%以上に設定でき、あるいは0.5質量%以上に設定でき、さらに1質量%以上に設定できる。
【0062】
グラフト化の際のマーセル化セルロースに含まれる水分量は、固形分(マーセル化セルロース)100質量部に対する水分(アルカリ化剤水溶液)量として100質量部以下が好ましく、80質量部以下がより好ましい。この水分量が多すぎると、処理容量が大きくなるため処理効率が低くなり、また、グラフト化処理の際、グラフト化させるカルダノール誘導体の溶解度が低下するため反応効率が低下する虞がある。このような観点から、このマーセル化セルロースに含まれる水分量は、少ないほど好ましいが、水分量を低くしようとするほどその処理により作業効率が低くなるため、0質量部より大きくてもよく、例えば1質量部以上に設定でき、あるいは5質量部以上に設定でき、さらに10質量部以上に設定でき、20質量部以上であってもよい。
【0063】
カルダノールは、カルダノールの直鎖状炭化水素部分の不飽和結合(二重結合)が水素添加され飽和結合に変換されることが好ましい。水素添加による不飽和結合の変換率(水添率)は、90モル%以上が好ましく、95モル%以上がより好ましい。水素添加後のカルダノール中の不飽和結合の残存率(カルダノールの1分子当たりの不飽和結合の数)は、0.2個/分子以下が好ましく、0.1個/分子以下がより好ましい。また、カルダノールのフェノール部分の芳香環が水素添加されシクロヘキサン環に変換されてもよい。
【0064】
直鎖状炭化水素部分に不飽和結合が多く含まれたままでカルダノール成分をマーセル化セルロース(又はその誘導体)へグラフト化すると、副反応が起こりやすく、効率的にグラフト化が行われなかったり、グラフト化生成物の溶媒への溶解性が著しく低下したりする場合がある。水素添加を行って直鎖状炭化水素部分の不飽和結合が飽和結合に十分に変換されたカルダノール誘導体をグラフト化すると、副反応が抑制され、効率的にグラフト化を行うことができ、またグラフト化生成物の溶媒への溶解性低下を抑えることができる。
【0065】
水素添加する方法としては、特に限定されるものではなく、通常の方法を用いることができる。触媒としては、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、白金などの貴金属またはニッケル、或いはこれらから選ばれる金属を活性炭素、活性アルミナ、珪藻土などの担体上に担持したものが挙げられる。反応方式としては、粉末状の触媒を懸濁攪拌しながら反応を行うバッチ方式や、成形した触媒を充填した反応塔を用いた連続方式を採用することができる。水素添加の際の溶媒は、水素添加の方式によっては用いなくてもよいが、溶媒を使用する場合は、通常、アルコール類、エーテル類、エステル類、飽和炭化水素類が挙げられる。水素添加の際の反応温度は、特に限定されないが、通常20〜250℃、好ましくは50〜200℃に設定できる。反応温度が低すぎると水素化速度が遅くなり、逆に高すぎると分解生成物が多くなる虞がある。水素添加の際の水素圧は、通常10〜80kgf/cm2(9.8×105〜78.4×105Pa)、好ましくは20〜50kgf/cm2(19.6×105〜49.0×105Pa)に設定できる。
【0066】
水素添加は、カルダノール誘導体を形成する前、カルダノール誘導体を形成した後グラフト化前、カルダノール誘導体のグラフト化後のいずれにおいても行うことができるが、水素添加やグラフト化の反応効率等の観点から、カルダノール誘導体のグラフト化前が好ましく、カルダノール誘導体の形成前がさらに好ましい。
【0067】
マーセル化セルロース(又はその誘導体)に対する、当該マーセル化セルロース(又はその誘導体)に結合したカルダノール成分の割合(グラフト化率)は、マーセル化セルロース(又はその誘導体)のグルコース単位当たりのカルダノール成分の付加数(DSCD)(平均値)、すなわち、カルダノール成分と結合した官能基の個数(水酸基置換度)(平均値)によって表される。DSCDは、0.1以上が好ましく、0.2以上がより好ましく、0.4以上に設定してもよい。DSCDが低すぎると、グラフト化による効果が十分に得られない場合がある。
【0068】
DSCDの最大値は、理論上「3」であるが、製造(グラフト化)のし易さの観点から、2.5以下が好ましく、2以下がより好ましく、1.5以下がさらに好ましい。さらに、DSCDが1以下の場合であってもよく、十分な改善効果を得ることができる。DSCDが大きくなると、引張破断歪み(靱性)が高くなる一方で最大強度(引張強度、曲げ強度)が低下する傾向があるため、所望の特性に応じて適宜設定することが好ましい。
【0069】
[反応性炭化水素化合物のグラフト化]
カルダノール成分をグラフト化するとともに、特定の反応性炭化水素化合物を、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基に結合(グラフト化)させてもよい。これにより、セルロース系樹脂を所望の特性に改善することができる。
【0070】
この反応性炭化水素化合物は、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基と反応できる官能基を少なくとも一つ持つ化合物であり、例えばエポキシ基、カルボキシル基、カルボン酸ハライド基、カルボン酸無水物基、又はイソシアネート基を有する炭化水素化合物が挙げられる。具体的には、エポキシ化合物が挙げられる。また、脂肪族モノカルボン酸、芳香族モノカルボン酸、脂環族モノカルボン酸等のモノカルボン酸から選ばれる少なくとも一種の化合物、その酸ハロゲン化物又はその酸無水物が挙げられる。脂肪族モノカルボン酸としては、直鎖状の又は分岐した側鎖をもつ脂肪酸が挙げられる。芳香族モノカルボン酸としては、芳香環にカルボキシル基が直接結合したもの、芳香環にアルキレン基(例えばメチレン基、エチレン基)を介してカルボキシル基が結合したもの(芳香環に脂肪族カルボン酸基が結合したもの)が挙げられる。脂環族モノカルボン酸としては、脂環にカルボキシル基が直接結合したもの、脂環にアルキレン基(例えばメチレン基、エチレン基)を介してカルボキシル基が結合したもの(脂環に脂肪族カルボン酸基が結合したもの)が挙げられる。
【0071】
この反応性炭化水素化合物は、炭素数が1〜32の範囲にあることが好ましく、1〜20の範囲にあることがより好ましい。炭素数が多すぎると、分子が大きくなりすぎて立体障害によって反応効率が低下し、その結果、グラフト化率を上げることが困難となる。
【0072】
この反応性炭化水素化合物は、特に、グラフト化されたカルダノール成分からなる立体構造の隙間部分を埋めるように配置された場合に特性改善に効果的である。
【0073】
この反応性炭化水素化合物の炭化水素基が、芳香族炭化水素基や脂環式炭化水素基の場合、特に剛性や耐熱性の改善に有効であり、また、脂肪族炭化水素基の場合は特に靭性の改善に有効である。
【0074】
反応性炭化水素化合物として用いられるエポキシ化合物としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキサイド;脂肪族ポリエステルグリコールとエピクロロヒドリンから合成した脂肪族ポリエステル含有エポキシ化合物等のモノエポキシ化合物を挙げることができる。
【0075】
反応性炭化水素化合物として用いられる脂肪族モノカルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、2−エチル−ヘキサンカルボン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸等の飽和脂肪酸;ブテン酸、ペンテン酸、ヘキセン酸、オクテン酸、ウンデシレン酸、オレイン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸等の不飽和脂肪酸;それらの誘導体を挙げることができる。これらはさらに置換基を有してもよい。
【0076】
反応性炭化水素化合物として用いられる芳香族モノカルボン酸としては、安息香酸等のベンゼン環にカルボキシル基が導入されたもの;トルイル酸等のベンゼン環にアルキル基が導入された芳香族カルボン酸;フェニル酢酸、フェニルプロピオン酸等のベンゼン環に脂肪族カルボン酸基が導入されたもの;ビフェニルカルボン酸、ビフェニル酢酸等のベンゼン環を2個以上有する芳香族カルボン酸;ナフタリンカルボン酸、テトラリンカルボン酸等の縮合環構造を有する芳香族カルボン酸;それらの誘導体を挙げることができる。
【0077】
反応性炭化水素化合物として用いられる脂環族モノカルボン酸としては、シクロペンタンカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロオクタンカルボン酸等の脂環にカルボキシル基が導入されたもの;シクロヘキシル酢酸等の脂環に脂肪族カルボン酸基が導入されたもの;それらの誘導体が挙げられる。
【0078】
これらの反応性炭化水素化合物の構造中に有機シリコン化合物や有機フッ素化合物が付加されていると、耐水性などの一層の改善効果が得られる。
【0079】
これらの反応性炭化水素化合物中の反応性官能基は、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基と反応できる官能基であればよく、エポキシ基、カルボキシル基、カルボン酸ハライド基(特にカルボン酸クロライド基)、カルボン酸無水物基の他、イソシアネート基、ハロゲン基(特にクロライド基)が挙げられる。これらの中でもエポキシ基、カルボキシル基、カルボン酸ハライド基が好ましく、特にエポキシ基とカルボン酸クロライド基が好ましい。カルボン酸ハライド基(特にカルボン酸クロライド基)としては、上記の各種カルボン酸のカルボキシル基が酸ハロゲン化された酸ハライド基(特に酸クロライド基)が挙げられる。
【0080】
本実施形態に用いる反応性炭化水素化合物は、特に樹脂の剛性(曲げ強度等)の観点から、芳香族カルボン酸および脂環族カルボン酸から選ばれる少なくとも一種のモノカルボン酸、その酸ハロゲン化物又はその酸無水物が好ましい。このような反応性炭化水素化合物がマーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基に付加することにより、芳香族カルボン酸および脂環族カルボン酸から選ばれる少なくとも一種のモノカルボン酸由来のアシル基がマーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基に置換された構造が得られる。
【0081】
マーセル化セルロース(又はその誘導体)のグルコース単位あたりの反応性炭化水素化合物の付加数(アシル基の付加数)(DSXX)(平均値)、すなわち、反応性炭化水素化合物と結合した官能基の個数(官能基置換度)(平均値)は、所望の効果を得る点から、0.1以上0.6以下が好ましく、0.1以上0.5以下がより好ましい。また、カルダノール成分と反応性炭化水素化合物のグラフト化後のグルコース単位あたりの残存するヒドロキシ基の個数(ヒドロキシ基の残存度、DSOH)(平均値)は、耐水性を十分に確保する点から、0.9以下が好ましく、0.7以下がより好ましい。
【0082】
この反応性炭化水素化合物は、カルダノール成分のグラフト化工程においてグラフト化することができる。これにより均質にグラフト化することが可能になる。その際、これらを同時又は別途に添加してもよいが、カルダノール成分をグラフト化させた後に、反応性炭化水素化合物を添加してグラフト化させることにより、グラフト化反応効率を向上できる。
【0083】
[柔軟成分のグラフト化]
カルダノール成分をグラフト化するとともに、柔軟性分を、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基に結合(グラフト化)させてもよい。この柔軟成分としては、反応性熱可塑性ポリウレタンエラストマー(反応性TPU)、反応性シリコーン、反応性ゴムから選ばれる少なくとも一種を用いることが好ましい。
【0084】
[反応性TPUのグラフト化]
反応性TPUとしては、イソシアネート基を有するTPUを用いることができる。反応TPUのイソシアネート基とマーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基の反応により形成されるウレタン結合を介して、反応性TPUをセルロース(又はその誘導体)に結合させることができる。
【0085】
反応性TPUは、ポリオール、ジイソシアネート、および鎖延長剤を用いて製造されるものを用いることができる。
【0086】
このポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリエステルエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエーテルポリオールが挙げられる。
【0087】
上記のポリエステルポリオールとしては、脂肪族ジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸等)、芳香族ジカルボン酸(フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等)、脂環族ジカルボン酸(ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸等)等の多価カルボン酸又はこれらの酸エステルもしくは酸無水物と、エチレングリコール、1,3プロピレングリコール、1,2プロピレングリコール、1,3ブタンジオール、1,4ブタンジオール、1,5ペンタンジオール、1,6ヘキサンジオール、3メチル1,5ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,3オクタンジオール、1,9ノナンジオール等の多価アルコール又はこれらの混合物との脱水縮合反応で得られるポリエステルポリオール;εカプロラクトン等のラクトンモノマーの開環重合で得られるポリラクトンジオール等が挙げられる。
【0088】
上記のポリエステルエーテルポリオールとしては、脂肪族ジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸等)、芳香族ジカルボン酸(フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等)、脂環族ジカルボン酸(ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸等)等の多価カルボン酸又はこれらの酸エステルもしくは酸無水物と、ジエチレングリコールもしくはアルキレンオキサイド付加物(プロピレンオキサイド付加物等)等のグリコール等又はこれらの混合物との脱水縮合反応で得られる化合物が挙げられる。
【0089】
上記のポリカーボネートポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3プロピレングリコール、1,2プロピレングリコール、1,3ブタンジオール、1,4ブタンジオール、1,5ペンタンジオール、1,6ヘキサンジオール、3メチル1,5ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,8オクタンジオール、1,9ノナンジオール、ジエチレングリコール等の多価アルコールの1種または2種以上と、ジエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等とを反応させて得られるポリカーボネートポリオールが挙げられる。また、ポリカプロラクトンポリオール(PCL)とポリヘキサメチレンカーボネート(PHL)との共重合体であってもよい。
【0090】
上記のポリエーテルポリオールとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、テトラヒドロフラン等の環状エーテルをそれぞれ重合させて得られるポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等、及び、これらのコポリエーテルが挙げられる。
【0091】
TPUの形成に用いられるジイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5ナフチレンジイソシアネート(NDI)、トリジンジイソシネート、1,6ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、水添XDI、トリイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、1,8ジイソシアネートメチルオクタン、リジンエステルトリイソシアネート、1,3,6ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI;HMDI)等が挙げられる。これらの中でも、4,4’ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)及び1,6ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)を好適なものとして用いることができる。さらに、上記のポリオールの両末端にこれらのジイソシアネートを結合させた、両末端イソシアネートプレポリマーも好ましく用いられる。
【0092】
TPUの形成に用いられる鎖延長剤としては、低分子量ポリオールが使用できる。この低分子量ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3プロピレングリコール、1,2プロピレングリコール、1,3ブタンジオール、1,4ブタンジオール、1,5ペンタンジオール、1,6ヘキサンジオール、3メチル1,5ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,8オクタンジオール、1,9ノナンジオール、ジエチレングリコール、1,4シクロヘキサンジメタノール、グリセリン等の脂肪族ポリオール;1,4ジメチロールベンゼン、ビスフェノールA、ビスフェノールAのエチレンオキサイドもしくはプロピレンオキサイド付加物等の芳香族グリコールが挙げられる。
【0093】
これらの原料から得られるTPUは、単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【0094】
反応性TPUは、得られたTPUがセルロース成分のヒドロキシ基と反応してグラフト化が可能である合成条件とする以外は、例えば上記の原料を用いて、通常のTPUの製造方法を用いて合成することができる。
【0095】
TPUの合成の際にイソシアネート成分を過剰に仕込むことによって、得られたTPUは未反応のイソシアネート基を有することができる。この未反応のイソシアネート基は、セルロース(又はその誘導体)のヒドロキシ基と反応することができるため、得られたTPUは、反応性TPUとして用いることができ、すなわち、セルロース(又はその誘導体)にグラフト化することができる。各原料の仕込み比は、ポリオールのヒドロキシ基と鎖延長剤のヒドロキシ基の合計量に対するジイソシアネートのイソシアネート基の当量比で表すことができ、この合計のヒドロキシ基1当量に対してイソシアネート基1.05〜2.0当量が好ましく、1.05〜1.5当量がより好ましい。
【0096】
反応性TPUの分子量は、十分な耐衝撃性改善効果を得る点から1万以上が好ましく、3万以上がより好ましい。また、製造上の観点から100万以下が好ましく、30万以下がより好ましい。この分子量は、GPC(標準試料:ポリスチレン)により数平均分子量として求めることができる。
【0097】
反応性TPUのグラフト化は、反応性TPUのイソシアネート基とマーセル化セルロースの官能基あるいは中和処理して得られるヒドロキシ基との付加反応によって行うことができる。結果、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基が結合しているマーセル化セルロース(又はその誘導体)の炭素原子と、反応性TPUのイソシアネート基が結合しているTPU炭素原子とが、ウレタン結合を介して連結される。
【0098】
[反応性シリコーンのグラフト化]
本実施形態における反応性シリコーンは、シリコーンの主骨格と、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基と反応して結合できる官能基(反応性官能基A)を有する。このような反応性シリコーンとしては、ジメチルシロキサンの繰り返し単位から構成される主鎖と、この主鎖に結合した前記反応性官能基を含有する基とを含むポリジメチルシロキサン誘導体が好ましい。側鎖のメチル基の代わりにフェニル基やポリエーテル基等の他の基を含む有機基を一部に含んでいてもよい。
【0099】
反応性シリコーンの分子量は、数平均分子量(g/mol)として、900以上が好ましく、2000以上がより好ましく、3000以上がさらに好ましく、また100000以下が好ましく、50000以下がより好ましい。カルダノール成分のグラフト化により得られるセルロース系樹脂の強度等の特性を確保しながら、耐衝撃性を改善する観点から、このような分子量の範囲に設定することが好ましい。なお、数平均分子量は、試料のクロロホルム0.1%溶液のGPC分析により測定した測定値(ポリスチレン標準試料で較正)を採用することができる。
【0100】
反応性シリコーンの反応性官能基の官能基当量は、反応性および耐衝撃性改善効果の観点から、900g/mol以上が好ましく、2000g/mol以上がより好ましく、3000g/mol以上がさらに好ましく、また、100000g/mol以下が好ましく、50000g/mol以下がより好ましい。
【0101】
反応性シリコーンの反応性官能基Aとしては、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基と反応しやすいものが好ましく、特にエポキシ基、カルボン酸ハライド基(特にカルボン酸クロライド基)、イソシアネート基が好ましい。カルボン酸ハライド基は、グラフト化前にカルボキシル基を酸ハライド化して形成することができる。
【0102】
反応性シリコーンの反応性官能基Aがエポキシ基である場合のグラフト化においては、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基が結合している炭素原子と、反応性シリコーンのエポキシ基を含有する基が結合しているケイ素原子とが、エーテル結合を介して連結される。
【0103】
反応性シリコーンの反応性官能基Aがカルボン酸ハライド基である場合のグラフト化においては、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基が結合している炭素原子と、反応性シリコーンのカルボン酸ハライド基を含有する基が結合しているケイ素原子とが、エステル結合を介して連結される。
【0104】
反応性シリコーンの反応性官能基Aがイソシアネート基である場合のグラフト化においては、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基が結合している炭素原子と、反応性シリコーンのイソシアネート基を含有する基が結合しているケイ素原子とが、ウレタン結合を介して連結される。
【0105】
このような反応性官能基Aを有する反応性シリコーンSAは、この反応性官能基Aを有する多官能化合物と、この多官能化合物の反応性官能基Bと反応し得る反応性官能基Cを有する変性シリコーンSCとを反応させることにより形成できる。反応性官能基Aと反応性官能基Bは同種の官能基であってもよい。例えば、ジイソシアネート(多官能化合物)とヒドロキシ基を有する変性シリコーン(SC)とを反応させ、ジイソシアネートの一方のイソシアネート基と変性シリコーン(SC)のヒドロキシ基とを結合させることができる(ウレタン結合の形成)。
【0106】
このような多官能化合物を用いて形成した反応性シリコーンSAをグラフト化した場合、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基が結合しているセルロース炭素原子と、変性シリコーンSCの反応性官能基Cを含む基が結合しているポリシロキサン珪素原子とが、有機連結基を介して連結される。この有機連結基は、前記セルロース炭素原子側の、エーテル結合、エステル結合、およびウレタン結合から選ばれる第1の結合と、前記ポリシロキサン珪素原子側の、アミド結合、エステル結合、エーテル結合およびウレタン結合から選ばれる第2の結合を含むことができる。
【0107】
反応性官能基Cを有する変性シリコーンSCは、ジメチルシロキサンの繰り返し単位から構成される主鎖を持ち、その側鎖または末端のメチル基の一部が上記多官能化合物と反応し得る反応性官能基Cを含む基(例えば有機置換基)で置換された変性ポリジメチルシロキサンであることが好ましい。この反応性官能基Cは、アミノ基、エポキシ基、ヒドロキシ基、カルボキシル基のいずれかであることが好ましい。変性シリコーンがこのような反応性官能基Cを有することによって、上記の多官能化合物との反応が容易になる。このような変性シリコーンSCは、通常の方法に従って製造されるものや市販品を用いることができる。
【0108】
この変性シリコーンSCに含まれる反応性官能基Cとしては、下記式(3)〜(11)で表されるものを挙げることができる。
【0109】
【化3】

【0110】
【化4】

【0111】
【化5】

【0112】
【化6】

【0113】
上記の式中、R1〜R10、R12、R13は、それぞれ2価の有機基を表す。2価の有機基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基等のアルキレン基、フェニレン基、トリレン基等のアルキルアリーレン基、−(CH2−CH2−O)c−(cは1から50の整数を表す)、−〔CH2−CH(CH3)−O〕d−(dは1から50の整数を表す)等のオキシアルキレン基やポリオキシアルキレン基、−(CH2e−NHCO−(eは1から8の整数を表す)を挙げることができる。これらのうち、アルキレン基が好ましく、特に、エチレン基、プロピレン基が好ましい。
【0114】
上記の式中、R11は、炭素数1〜20のアルキル基を表す。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基などが挙げられる。また、上記アルキル基の構造中に、1つ以上の不飽和結合を有していてもよい。
【0115】
このような変性シリコーンSCは、市販品として容易に入手でき、例えば以下の市販品が挙げられる。
【0116】
アミノ変性シリコーンの市販品は以下のものが挙げられる。
【0117】
側鎖型アミノ変性シリコーンとして、信越化学工業社製の市販品:KF−868、KF−865、KF−864、KF−859、KF−393、KF−860、KF−880、KF−8004、KF−8002、KF−8005、KF−867、X−22−3820W、KF−869、KF−861;東レ・ダウコーニング株式会社製の市販品:FZ3707、FZ3504、BY16−205、FZ3760、FZ3705、BY16−209、FZ3710、SF8417、BY16−849、BY16−850、BY16−879B、BY16−892、FZ3501、FZ3785、BY16−872、BY16−213、BY16−203、BY16−898、BY16−890;モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ合同会社製の市販品:TSF4702、TSF4703、TSF4704、TSF4705、TSF4706が挙げられる。
【0118】
両末端型アミノ変性シリコーンとして、信越化学工業社製の市販品:PAM−E、KF−8010、X−22−161A、X−22−161B、KF−8012、KF−8008、X−22−1660B−3;東レ・ダウコーニング株式会社製の市販品:BY16−871、BY16−853C、BY16−853Uが挙げられる。
【0119】
片末端型アミノ変性シリコーンとして、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ合同会社製の市販品:TSF4700及びTSF4701が挙げられる。
【0120】
側鎖両末端型(側鎖アミノ・両末端メトキシ)アミノ変性シリコーンとして、信越化学工業社製の市販品:KF−857、KF−8001、KF−862、X−22−9192、KF−858が挙げられる。
【0121】
エポキシ変性シリコーンの市販品は以下のものが挙げられる。
【0122】
側鎖型エポキシ変性シリコーンとして、信越化学工業株式会社製の市販品:X−22−343、KF−101、KF−1001、X−22−2000、X−22−2046、KF−102、X−22−4741、KF−1002、X−22−3000Tが挙げられる。
【0123】
両末端型エポキシ変性シリコーンとして、信越化学工業株式会社製の市販品:X−22−163、KF−105、X−22−163A、X−22−163C、X−22169AS、X−22−169Bが挙げられる。
【0124】
片末端型エポキシ変性シリコーンとして、信越化学工業株式会社製の市販品:X−22−173DXが挙げられる。
【0125】
側鎖両末端型エポキシ変性シリコーンとして、信越化学工業株式会社製の市販品:X−22−9002が挙げられる。
【0126】
カルビノール変性シリコーンの市販品は以下のものが挙げられる。
【0127】
側鎖型カルビノール変性シリコーンとして、信越化学工業株式会社製の市販品:X−22−4039、X−22−4015が挙げられる。
【0128】
両末端型カルビノール変性シリコーンとして、信越化学工業株式会社製の市販品:X−22−160AS、KF−6001、KF−6002、KF−6003が挙げられる。
【0129】
片末端型カルビノール変性シリコーンとして、信越化学工業株式会社製の市販品:X−22−170BX、X−22−170DXが挙げられる。
【0130】
カルボキシル変性シリコーンの市販品は以下のものが挙げられる。
【0131】
側鎖型カルボキシル変性シリコーンとして、信越化学工業社製の市販品:X−22−3701Eが挙げられる。
【0132】
両末端型カルボキシル変性シリコーンとして、信越化学工業社製の市販品:X−22−162が挙げられる。
【0133】
片末端型カルボキシル変性シリコーンとして、信越化学工業社製の市販品:X−22−3710が挙げられる。
【0134】
上記の多官能化合物および有機連結基は、炭化水素基を含むことが好ましく、この炭化水素基の炭素数は1以上が好ましく、2以上がより好ましく、また炭素数が20以下が好ましく、14以下がより好ましく、8以下がさらに好ましい。炭素数が多すぎると、分子が大きくなりすぎて反応性が低下する場合がある。このような炭化水素基としては、2価基が好ましく、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、デカメチレン基、ドデカメチレン基、ヘキサデカメチレン基などの2価の直鎖状脂肪族炭化水素基(特に直鎖状アルキレン基);シクロヘプタン環、シクロヘキサン環、シクロオクタン環、ビシクロペンタン環、トリシクロヘキサン環、ビシクロオクタン環、ビシクロノナン環、トリシクロデカン環などの2価の脂環式炭化水素基;ベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニレン基などの2価の芳香族炭化水素基、これらの組み合わせからなる2価基が挙げられる。
【0135】
上記の多官能化合物の反応性官能基としては、カルボキシル基、カルボン酸無水物基、カルボン酸ハライド基(特にカルボン酸クロライド基)、エポキシ基、イソシアネート基、ハロゲン基から選ばれる基が好ましい。中でもカルボキシル基、カルボン酸無水物基、ハロゲン基(特にクロライド基)、及びイソシアネート基が好ましい。マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基に反応させる反応性官能基Aとしては、特に、エポキシ基、カルボン酸ハライド基(特にカルボン酸クロライド基)、イソシアネート基が好ましい。変性シリコーンSCの反応性官能基Cと反応させる反応性官能基Bとしては、特に、カルボキシル基、カルボン酸ハライド基(特にカルボン酸クロライド基)及びイソシアネート基が好ましい。カルボン酸ハライド基は、結合前にカルボキシル基を酸ハライド化して形成することができる。
【0136】
このような多官能化合物の具体例としては、ジカルボン酸、カルボン酸無水物、ジカルボン酸ハライド、モノクロロカルボン酸、ジイソシアネート類を挙げることができる。ジカルボン酸としては、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、ペンタデカンジカルボン酸、ヘキサデカンジカルボン酸が挙げられ、カルボン酸無水物としてはこれらのジカルボン酸の無水物が挙げられ、ジカルボン酸ハライドとしてはこれらのジカルボン酸の酸ハライドが挙げられる。モノクロロカルボン酸としては、モノクロロ酢酸、3−クロロプロピオン酸、3−フルオロプロピオン酸、4−クロロ酪酸、4−フルオロ酪酸、5−クロロ吉草酸、5−フルオロ吉草酸、6−クロロヘキサン酸、6−フルオロヘキサン酸、8−クロロオクタン酸、8−フルオロオクタン酸、12−クロロドデカン酸、12−フルオロドデカン酸、18−クロロステアリン酸、18−フルオロステアリン酸が挙げられる。ジイソシアネート類としては、トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5−ナフチレンジイソシアネート(NDI)、トリジンジイソシネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、水添XDI、トリイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、1,8−ジイソシアネートメチルオクタン、リジンエステルトリイソシアネート、1,3,6−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(HMDI:水素添加MDI)が挙げられる。これらの中でも、トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)及び1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)を好適に用いることができる。
【0137】
[反応性ゴムのフラフト化]
反応性ゴムとしては、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基と反応し結合できる反応性官能基を有する柔軟なゴム状物質を用いることができ、天然ゴム系と合成ゴム系のゴム状物質を用いることができる。
【0138】
天然ゴム(NR)は、ゴムの木(ゴムノキ)の樹液に含まれるcis−ポリイソプレン[(C58n]を主成分とする物質であり、生体内での付加重合で生成したものである。樹液中では水溶液に有機成分が分散したラテックスとして存在し、これを集めて精製し凝固乾燥させたものを生ゴムという。
【0139】
イソプレンを化学的に重合させたポリイソプレン(合成ゴムの一種)に対して、天然ゴムのポリイソプレンは、いくらかの構造的違いを有する。まず、合成ポリイソプレンでは現在のところ100%シス体を得ることはできず、少量のトランス体が含まれている。また、天然ゴムはポリイソプレンの他に微量のタンパク質や脂肪酸を含むが、合成ポリイソプレンにはそのような不純物はない。
【0140】
シス型のポリイソプレンは、分子鎖が折れ曲がった構造をとって不規則な形を取りやすく、分子鎖と分子差の間に多くの隙間を生じ、分子間力が比較的小さくなる。そのため、分子同士の結晶化が起こりにくく、軟らかな性質を持つようになり、柔軟成分として適している。一方、トランス型のポリイソプレンからできているものもあるが(通称、ガタパーチャ又はグッタペルカ)、直線構造をとりやすく、分子鎖と分子鎖の距離が近くなるため、分子間力が強く作用する。そのため、分子間で微結晶化を引き起こし、硬い樹脂状の物質となり、柔軟成分として適さない。
【0141】
本実施形態における反応性天然ゴムとは、上記のcis−ポリイソプレンを主成分とする天然ゴムに、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基と反応し得る反応性官能基を付加させたものである。この反応性天然ゴムは、天然ゴム中の不飽和結合や他の官能基(例えば不飽和結合を酸化して形成したエポキシ基)に対して、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基と反応して結合できる官能基(エポキシ基、カルボキシル基、酸クロライド基、イソシアネート基など)をもつ化合物を付加させることで作製できる。このような反応性天然ゴムには、これらの反応性官能基の他、セルロース系樹脂に対して相溶性を高める官能基を一部に含んでいてもよい。このような官能基としては、例えば、フェニル基、ポリエーテル基、ヒドロキシ基などが挙げられる。
【0142】
本実施形態における反応性合成ゴムとは、合成ゴムに、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基と反応し得る反応性官能基を付加させたものである。この合成ゴムとしては、アクリルゴム(ACM)、ニトリルゴム(NBR)、イソプレンゴム(IR)、エチレンプロピレンゴム(EPM,EPDM)、エピクロルヒドリンゴム(CO、ECO)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、ポリイソブチレン(ブチルゴム IIR)などが挙げられる。この反応性天然ゴムは、合成ゴム中の不飽和結合や他の官能基に対して、マーセル化セルロース(又はその誘導体)の官能基と反応して結合できる官能基(エポキシ基、カルボキシル基、酸クロライド基、イソシアネート基など)をもつ化合物を付加させることで作製できる。このような反応性合成ゴムには、これらの反応性官能基の他、セルロース系樹脂に対して相溶性を高める官能基を一部に含んでいてもよい。このような官能基としては、例えば、フェニル基、ポリエーテル基、ヒドロキシ基などが挙げられる。
【0143】
[柔軟性分のグラフト化処理]
柔軟成分のグラフト化処理は、カルダノール成分(必要に応じて反応性炭化水素)をグラフトしたカルダノール付加セルロース系樹脂に対して実施することもできる。
【0144】
柔軟成分が反応性TPUである場合は、例えば、加熱したカルダノール付加セルロース系樹脂に、反応性TPUを添加し、混合することによりグラフト化を行うことができる。その反応温度は、例えば150〜200℃に設定でき、その反応時間は、例えば10分〜4時間に設定できる。反応温度を十分に高くすることで、カルダノール付加セルロース系樹脂が十分に溶融して反応系を均一にすることが容易になる。反応温度を適度な温度範囲内に設定することで、カルダノール付加セルロース系樹脂や反応性TPUの熱分解を防止することができる。反応性TPUの添加量は、十分な耐衝撃性改善効果を得る点から、反応性TPUとカルダノール付加セルロース系樹脂の仕込み合計量に対して、1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、5質量%以上がさらに好ましい。樹脂の強度等の他の特性を確保する点から、反応性TPUの添加量は50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましい。
【0145】
柔軟成分が反応性シリコーンである場合は、例えば、脱水ジオキサンなどの溶媒に溶解させたカルダノール付加セルロース系樹脂に、反応性シリコーンを添加し、混合することによりグラフト化を行うことができる。その反応温度は、例えば80〜150℃に設定でき、その反応時間は、例えば1〜5時間に設定できる。反応温度を十分に高くすることで、反応系を均一にすることが容易になる。反応温度を適度な温度範囲内に設定することで、カルダノール付加セルロース系樹脂や反応性シリコーンの熱分解を防止することができる。反応性シリコーンの添加量は、十分な耐衝撃性改善効果を得る点から、反応性シリコーンとカルダノール付加セルロース系樹脂の仕込み合計量に対して、0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、2質量%以上がさらに好ましい。樹脂の強度等の他の特性を確保する点から、反応性シリコーンの添加量は50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましい。
【0146】
柔軟成分が反応性ゴムである場合は、反応性ゴムの添加量は、十分な耐衝撃性改善効果を得る点から、反応性ゴムとカルダノール付加セルロース系樹脂の仕込み合計量に対して、1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、5質量%以上がさらに好ましい。樹脂の強度等の他の特性を確保する点から、50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましい。
【0147】
セルロース系樹脂全体の量(カルダノール成分を含む)における結合した柔軟成分の量(結合量)は、十分な耐衝撃性改善効果を得る点から、0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましい。樹脂の強度等の他の特性を確保する点から、この結合量は、50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましい。特に、柔軟成分が反応性TPUである場合は、その結合量は1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、5質量%以上がさらに好ましい。柔軟成分が反応性シリコーンである場合は、その結合量は0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、2質量%以上がさらに好ましい。柔軟成分が反応性ゴムである場合は、その結合量は1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、5質量%以上がさらに好ましい。
【0148】
[ヒドロキシ基の残存量]
カルダノール成分および柔軟成分のグラフト化に利用されないマーセル化セルロースの残りの官能基は、中和処理によって得られるヒドロキシ基のままであるものと、アシル化等により変性されたもの、あるいは反応性炭化水素化合物が付加(グラフト)したものがある。ヒドロキシ基の量が多いほど、最大強度や耐熱性が大きくなる傾向がある一方で、吸水性が高くなる傾向がある。ヒドロキシ基の変換率(置換度)が高いほど、吸水性が低下し、可塑性や破断歪みが増加する傾向がある一方で、最大強度や耐熱性が低下する傾向がある。これらの傾向とグラフト化条件を考慮して、ヒドロキシ基の変換率を適宜設定することができる。
【0149】
耐水性を十分に確保する観点からは、グラフト化後のセルロース系樹脂のグルコース単位あたりの残存するヒドロキシ基の個数(水酸基残存度、DSOH)(平均値)は、0.9以下が好ましく、0.7以下がより好ましい。
【0150】
[アシル化によるヒドロキシ基の置換度]
吸水性や機械的強度、耐熱性の観点から、カルダノール(又はその誘導体)のグラフト化反応後に、中和処理により得られるマーセル化セルロースのヒドロキシ基は、その一部が前記の反応性炭化水素によりアシル化されていることが好ましい。また、カルダノール成分や柔軟成分の前述のグラフト化処理上の観点から、セルロースのヒドロキシ基は、カルダノール成分および柔軟成分のグラフト化前に、適度にアシル化(特にアセチル化)されていることが好ましい。セルロース(又はその誘導体)のグルコース単位あたりのアシル基の付加数(DSAC)(平均値)、すなわちアシル化されたヒドロキシ基の個数(水酸基置換度)(平均値)は、十分なアシル化効果を得る点から、0.5以上が好ましく、1.0以上がより好ましく、1.5以上がさらにより好ましい。また、カルダノール成分のグラフト化率(DSCD)及び柔軟成分のグラフト化率を十分に確保する点から、このアシル化による水酸基置換度DSACは2.7以下が好ましく、2.5以下がより好ましい。このアシル化による付加するアシル基は、アセチル基、プロピオニル基およびブチリル基から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。なお、アセチル化の場合の置換度をDSAce、プロピオニル化の場合の置換度をDSPr、ブチリル化の場合の置換度をDSBuと示す。
【0151】
[植物成分率]
本実施形態のセルロース系樹脂は、十分な植物利用率を確保する観点から、グラフト化後のセルロース系樹脂の全体に対するセルロース成分とカルダノール成分との合計の質量比率(植物成分率)が、50%以上が好ましく、60%以上がより好ましい。ここでセルロース成分は、ヒドロキシ基がアシル化やグラフト化されていない前記の式(1)で示される構造に対応し、カルダノール成分は前記の式(2)で示される構造に対応するものとして算出する。
【0152】
[添加剤]
以上に説明した実施形態のセルロース系樹脂には、通常の熱可塑性樹脂に使用する各種の添加剤を適用できる。例えば、可塑剤を添加することで、熱可塑性や破断時の伸びを一層向上できる。このような可塑剤としては、フタル酸ジブチル、フタル酸ジアリール、フタル酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジ−2−メトキシエチル、エチルフタリル・エチルグリコレート、メチルフタリル・エチルグリコレート等のフタル酸エステル;酒石酸ジブチル等の酒石酸エステル;アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ジイソノニル等のアジピン酸エステル;トリアセチン、ジアセチルグリセリン、トリプロピオニトリルグリセリン、グリセリンモノステアレートなどの多価アルコールエステル;リン酸トリエチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリクレシルなどのリン酸エステル;ジブチルアジペート、ジオクチルアジペート、ジブチルアゼレート、ジオクチルアゼレート、ジオクチルセバケート等の二塩基性脂肪酸エステル;クエン酸トリエチル、クエン酸アセチル・トリエチル、アセチルクエン酸トリブチル等のクエン酸エステル;エポキシ化大豆油、エポキシ化亜麻仁油等のエポキシ化植物油;ヒマシ油およびその誘導体;O−ペンゾイル安息香酸エチル等の安息香酸エステル;セバシン酸エステル、アゼライン酸エステル等の脂肪族ジカルボン酸エステル;マレイン酸エステル等の不飽和ジカルボン酸エステル;その他、N−エチルトルエンスルホンアミド、トリアセチン、p−トルエンスルホン酸O−クレジル、トリプロピオニンなどが挙げられる。
【0153】
その他の可塑剤として、シクロヘキサンジカルボン酸ジヘキシル、シクロヘキサンジカルボン酸ジオクチル、シクロヘキサンジカルボン酸ジ−2−メチルオクチル等のシクロヘキサンジカルボン酸エステル;トリメリット酸ジヘキシル、トリメリット酸ジエチルヘキシル、トリメリット酸ジオクチル等のトリメリット酸エステル;ピロメリット酸ジヘキシル、ピロメリット酸ジエチルヘキシル、ピロメリット酸ジオクチル等のピロメリット酸エステルが挙げられる。
【0154】
このような可塑剤中の反応性官能基(カルボン酸基、カルボン酸基から誘導された基、その他の官能基)とカルダノールのフェノール性水酸基や不飽和結合とを反応させて、カルダノールを付加させた可塑剤を用いることもできる。このような可塑剤を用いると、本実施形態のセルロース系樹脂と可塑剤の相溶性を向上できるため、可塑剤の添加効果を一層向上できる。
【0155】
本実施形態のセルロース系樹脂には、必要に応じて、無機系もしくは有機系の粒状または繊維状の充填剤を添加できる。充填剤を添加することによって、強度や剛性を一層向上できる。充填剤としては、例えば、鉱物質粒子(タルク、マイカ、焼成珪成土、カオリン、セリサイト、ベントナイト、スメクタイト、クレイ、シリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ガラス粉、ガラスフレーク、ミルドファイバー、ワラストナイト(またはウォラストナイト)など)、ホウ素含有化合物(窒化ホウ素、炭化ホウ素、ホウ化チタンなど)、金属炭酸塩(炭酸マグネシウム、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウムなど)、金属珪酸塩(珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウム、アルミノ珪酸マグネシウムなど)、金属酸化物(酸化マグネシウムなど)、金属水酸化物(水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなど)、金属硫酸塩(硫酸カルシウム、硫酸バリウムなど)、金属炭化物(炭化ケイ素、炭化アルミニウム、炭化チタンなど)、金属窒化物(窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタンなど)、ホワイトカーボン、各種金属箔が挙げられる。繊維状の充填剤としては、有機繊維(天然繊維、紙類など)、無機繊維(ガラス繊維、アスベスト繊維、カーボン繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ウォラストナイト、ジルコニア繊維、チタン酸カリウム繊維など)、金属繊維などが挙げられる。これらの充填剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【0156】
本実施形態のセルロース系樹脂には、必要に応じて、難燃剤を添加できる。難燃剤を添加することによって、難燃性を付与できる。難燃剤としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、ハイドロタルサイトのような金属水和物、塩基性炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ、タルク、クレイ、ゼオライト、臭素系難燃剤、三酸化アンチモン、リン酸系難燃剤(芳香族リン酸エステル類、芳香族縮合リン酸エステル類など)、リンと窒素を含む化合物(フォスファゼン化合物)などが挙げられる。これらの難燃剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【0157】
また、難燃剤として、酸化リン、リン酸またはこれらの誘導体とカルダノールとの反応物や、これらの反応物の重合体を用いることができる。このような難燃剤を用いると、本実施形態のセルロース系樹脂と難燃剤との相互作用が強化され、優れた難燃効果が得られる。このような難燃剤としては、例えば、酸化リン(P25)やリン酸(H3PO4)とカルダノールのフェノール性水酸基とを反応させた反応物や、この反応物にヘキサメチレンテトラミンを加えて重合させた重合体が挙げられる。
【0158】
本実施形態のセルロース系樹脂には、必要に応じて、耐衝撃性改良剤を添加できる。耐衝撃性改良剤を添加することによって、耐衝撃性を向上できる。耐衝撃性改良剤としては、ゴム成分やシリコーン化合物を挙げられる。ゴム成分としては、天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、合成ゴムなどが挙げられる。また、シリコーン化合物としては、アルキルシロキサン、アルキルフェニルシロキサンなどの重合によって形成された有機ポリシロキサン、もしくは、前記有機ポリシロキサンの側鎖または末端をポリエーテル、メチルスチリル、アルキル、高級脂肪酸エステル、アルコキシ、フッ素、アミノ基、エポキシ基、カルボキシル基、カルビノール基、メタクリル基、メルカプト基、フェノール基などで変性した変性シリコーン化合物などが挙げられる。これらの耐衝撃性改良剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
【0159】
変性シリコーン化合物の数平均分子量は、900以上が好ましく、1000以上がより好ましく、また1000000以下が好ましく、300000以下がより好ましく、100000以下がさらに好ましい。変性シリコーン化合物の分子量が十分に大きいと、カルダノール付加セルロース系樹脂組成物の製造時において、溶融した当該セルロース系樹脂と混練時に揮発による喪失を抑制することができる。また、変性シリコーン化合物の分子量が大きすぎることなく適度な大きさであると、分散性がよく均一な成形品を得ることができる。
【0160】
数平均分子量は、試料のクロロホルム0.1%溶液のGPCによる測定値(ポリスチレン標準試料で較正)を採用することができる。
【0161】
このような変性シリコーン化合物の添加量は、十分な添加効果を得る点から、セルロース系樹脂組成物全体に対して1質量%以上が好ましく、2質量%以上がより好ましい。セルロース系樹脂の強度等の特性を十分に確保し、またブリードアウトを抑制する点から20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。
【0162】
このような変性シリコーン化合物をセルロース系樹脂に添加することにより、樹脂中に変性シリコーンを適度な粒径(例えば0.1〜100μm)で分散させることができ、樹脂組成物の耐衝撃性を向上できる。
【0163】
耐衝撃性改良剤として、カルダノールを主成分とするカルダノール重合体を用いてもよい。このような耐衝撃性改良剤は、本実施形態におけるセルロース系樹脂との相溶性に優れるため、より高度な耐衝撃性改良効果が得られる。具体的には、カルダノールにホルムアルデヒドを加え、これとカルダノールの直鎖状炭化水素中の不飽和結合との反応により得られるカルダノール重合体や、カルダノールに硫酸、リン酸、ジエトキシトリフルオロボロン等の触媒を加え、カルダノールの直鎖状炭化水素中の不飽和結合同士の反応により得られるカルダノール重合体が挙げられる。
【0164】
本実施形態のセルロース系樹脂には、必要に応じて、着色剤、酸化防止剤、熱安定剤など、通常の樹脂組成物に適用される添加剤を添加してもよい。
【0165】
本実施形態のセルロース系樹脂には、必要に応じて、一般的な熱可塑性樹脂を添加してもよい。
【0166】
特に、熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)などの柔軟性に優れる熱可塑性樹脂を添加することにより、耐衝撃性を向上できる。このような熱可塑性樹脂(特にTPU)の添加量は、十分な添加効果を得る点から、本実施形態のセルロース系樹脂を含む組成物全体に対して1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましい。セルロース系樹脂の強度等の特性を確保し、またブリードアウトを抑える点から、この熱可塑性樹脂の添加量は20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましい。
【0167】
耐衝撃性向上に好適な熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)は、ポリオール、ジイソシアネート、および鎖延長剤を用いて調製されるものを用いることができる。
【0168】
このポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリエステルエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエーテルポリオールが挙げられる。
【0169】
上記のポリエステルポリオールとしては、脂肪族ジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸等)、芳香族ジカルボン酸(フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等)、脂環族ジカルボン酸(ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸等)等の多価カルボン酸又はこれらの酸エステルもしくは酸無水物と、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,3−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール等の多価アルコール又はこれらの混合物との脱水縮合反応で得られるポリエステルポリオール;ε−カプロラクトン等のラクトンモノマーの開環重合で得られるポリラクトンジオール等が挙げられる。
【0170】
上記のポリエステルエーテルポリオールとしては、脂肪族ジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸等)、芳香族ジカルボン酸(フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等)、脂環族ジカルボン酸(ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸等)等の多価カルボン酸又はこれらの酸エステルもしくは酸無水物と、ジエチレングリコールもしくはアルキレンオキサイド付加物(プロピレンオキサイド付加物等)等のグリコール等又はこれらの混合物との脱水縮合反応で得られる化合物が挙げられる。
【0171】
上記のポリカーボネートポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、ジエチレングリコール等の多価アルコールの1種または2種以上と、ジエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等とを反応させて得られるポリカーボネートポリオールが挙げられる。また、ポリカプロラクトンポリオール(PCL)とポリヘキサメチレンカーボネート(PHL)との共重合体であってもよい。
【0172】
上記のポリエーテルポリオールとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、テトラヒドロフラン等の環状エーテルをそれぞれ重合させて得られるポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等、及び、これらのコポリエーテルが挙げられる。
【0173】
TPUの形成に用いられるジイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5−ナフチレンジイソシアネート(NDI)、トリジンジイソシネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、水添XDI、トリイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)、1,6,11−ウンデカントリイソシアネート、1,8−ジイソシアネートメチルオクタン、リジンエステルトリイソシアネート、1,3,6−ヘキサメチレントリイソシアネート、ビシクロヘプタントリイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI;HMDI)等が挙げられる。これらの中でも、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)及び1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)を好適なものとして用いることができる。
【0174】
TPUの形成に用いられる鎖延長剤としては、低分子量ポリオールが使用できる。この低分子量ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、ジエチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、グリセリン等の脂肪族ポリオール;1,4−ジメチロールベンゼン、ビスフェノールA、ビスフェノールAのエチレンオキサイドもしくはプロピレンオキサイド付加物等の芳香族グリコールが挙げられる。
【0175】
これらの材料から得られる熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)に、シリコーン化合物が共重合されていると、さらに優れた耐衝撃性を得ることができる。
【0176】
これらの熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)は、単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【0177】
本実施形態のセルロース系樹脂に各種添加剤や熱可塑性樹脂を添加した樹脂組成物の製造方法については、特に限定はなく、例えば各種添加剤とセルロース系樹脂をハンドミキシングや、公知の混合機、例えばタンブラーミキサー、リボンブレンダー、単軸や多軸混合押出機、混練ニーダー、混練ロール等のコンパウンディング装置で溶融混合し、必要に応じ適当な形状に造粒等を行うことにより製造できる。また別の好適な製造方法として、有機溶媒等の溶剤に分散させた、各種添加剤と樹脂を混合し、さらに必要に応じて、凝固用溶剤を添加して各種添加剤と樹脂の混合組成物を得て、その後、溶剤を蒸発させる製造方法がある。
【0178】
以上に説明した実施形態によるセルロース系樹脂は、成形用材料のベース樹脂として用いることができる。当該セルロース系樹脂をベース樹脂として含む樹脂組成物よりなる成形用材料は、電子機器用外装などの筺体などの成形体に好適である。
【0179】
ここでベース樹脂とは、組成物中の主成分を意味し、この主成分の機能を妨げない範囲で他の成分を含有することを許容することを意味し、特にこの主成分の含有割合を限定するものではないが、この主成分が組成物中の好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、特に好ましくは90質量%以上を占めることを包含するものである。
【実施例】
【0180】
以下、本発明を下記の実施例によってさらに詳細に説明する。ただし、これらは本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲を制限しない。
【0181】
[合成例1]
マーセル化セルロース(含有水分中の水酸化ナトリウム濃度が3質量%)の作製。
【0182】
解繊した市販の溶解パルプ(商品名:NDPS、日本製紙ケミカル(株)製)を絶乾量で10g(グルコース換算で0.061mol)を反応容器に入れ、25%の水酸化ナトリウム水溶液(水酸化ナトリウム75gを水225mlに溶解)を加え、室温で一晩浸漬させてマーセル化処理を行った。
【0183】
次に、蒸留水を追加し、水酸化ナトリウム水溶液の濃度を調整した後、遠心分離法により余剰の水酸化ナトリウム水溶液を除去し、マーセル化セルロース24g(水酸化ナトリウム水溶液10gを含有)を得た。このマーセル化セルロースに含有される水分中の水酸化ナトリウム濃度は3質量%であった。この濃度は、含有水分を一部採取し、水分を蒸発させた残渣の量から求めた。
【0184】
[合成例2]
マーセル化セルロース(含有水分中の水酸化ナトリウム濃度が7質量%)の作製。
【0185】
合成例1と同様にして、解繊した市販の溶解パルプ(商品名:NDPS、日本製紙ケミカル(株)製)のマーセル化処理を行った。
【0186】
次に、蒸留水を追加し、水酸化ナトリウム水溶液の濃度を調整した後、遠心分離法により余剰の水酸化ナトリウム水溶液を除去し、マーセル化セルロース24g(水酸化ナトリウム水溶液10gを含有)を得た。マーセル化セルロースに含有される水分中の水酸化ナトリウム濃度は7質量%であった(測定方法は合成例1と同じ)。
【0187】
[合成例3]
マーセル化セルロース(含有水分中の水酸化ナトリウム濃度が25質量%)の作製。
【0188】
合成例1と同様にして、解繊した市販の溶解パルプ(商品名:NDPS、日本製紙ケミカル(株)製)のマーセル化処理を行った。
【0189】
次に、蒸留水を追加することなく、遠心分離法により余剰の水酸化ナトリウム水溶液を除去し、マーセル化セルロース24g(水酸化ナトリウム水溶液10gを含有)を得た。マーセル化セルロースに含有される水分中の水酸化ナトリウム濃度は25質量%であった(測定方法は合成例1と同じ)。
【0190】
[合成例4]
エポキシ基変性水添カルダノールの作製。
【0191】
内容積0.1リットルのバッチ式オートクレーブに、カルダノ―ルの直鎖状炭化水素部分に不飽和結合(二重結合)を有するエポキシ化カルダノール(商品名:FE−5130、東北化工(株)製)30gを入れ、触媒としてパラジウム/炭素(Pd5%)を3g加え、室温下で10kgf/cm2(9.8×105Pa)で水素を圧入し、80℃で4時間攪拌することにより水素化反応(水素添加)を行った。
【0192】
水素化反応後、室温に戻し、アセトン100mlを添加し、このオートクレーブから取り出した溶液を、平均孔径0.2μmのテフロン製メンブレンフィルターを用いて濾過することにより、触媒を除去した。次に、得られた濾液を加熱下で減圧にすることによりアセトンを留去し、室温で褐色液体であるエポキシ基変性水添カルダノール25gを得た。1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、水素添加による不飽和結合の変換率(水添率)は、95モル%以上であることが分かった。
【0193】
[合成例5]
モノクロロ酢酸変性水添カルダノールの酸クロライド化物の作製(後述の参考合成例2に相当)。
【0194】
カルダノールの直鎖状炭化水素部分の不飽和結合が水素化された水添カルダノール(ACROS Organics製、m−n−ペンタデシルフェノール)を原料とし、そのフェノール性水酸基をモノクロロ酢酸と反応させることでカルボキシル基を付与し、カルボキシル化水添カルダノールを得た。次に、このカルボキシル基をオキサリルクロライドでクロライド化して酸クロライド基へ変換し、酸クロライド化水添カルダノールを得た。具体的には、下記に従って、酸クロライド化水添カルダノールを作製した。
【0195】
まず、水添カルダノール80g(0.26mol)をメタノール120mLに溶解させ、これに、水酸化ナトリウム64g(1.6mol)を蒸留水40mLに溶解させた水溶液を加えた。その後、室温で、関東化学(株)製モノクロロ酢酸66g(0.70mol)をメタノール50mLに溶解させた溶液を滴下した。滴下完了後、73℃で4時間還流させつつ攪拌を継続した。反応溶液を室温まで冷却後、この反応混合物を、希塩酸でpH=1となるまで酸性化し、メタノール250mLとジエチルエーテル500mL、さらに、蒸留水200mLを加えた。分液漏斗で水層を分離、廃棄し、エーテル層を蒸留水400mLで2回洗浄した。エーテル層に無水マグネシウムを加え乾燥させた後、これを濾別した。濾液(エーテル層)をエバポレーター(90℃/3mmHg)で減圧濃縮し、残渣として黄茶色粉末状の粗生成物を得た。この粗生成物をn−ヘキサンから再結晶し、真空乾燥させることにより、カルボキシル化水添カルダノールの白色粉末46g(0.12mol)を得た。
【0196】
得られたカルボキシル化水添カルダノール46g(0.12mol)を脱水クロロホルム250mLに溶解させ、オキサリルクロライド24g(0.19mol)とN,N−ジメチルホルムアミド0.25mL(3.2mmol)を加え、室温で72時間撹拌した。クロロホルム、過剰のオキサリルクロライド及びN,N−ジメチルホルムアミドを減圧留去し、クロライド化水添カルダノール48g(0.13mol)を得た。
【0197】
[実施例1]
マーセル化セルロース(含有水分中の水酸化ナトリウム濃度が3質量%)へのエポキシ基変性カルダノ―ルのグラフト化及びプロピオネート基によるアシル化。
【0198】
合成例1で作製したマーセル化セルロース24g(含有水分中の水酸化ナトリウム濃度が3質量%)に、イソプロピルアルコール(IPA)115mL(1.5mol)を加え、マーセル化セルロースの懸濁液を得た。その後、合成例4で作製したエポキシ基変性水添カルダノール33g(0.092mol)を加え、IPAに溶解させ、窒素雰囲気下、70℃で21時間、懸濁液を加熱還流した。反応終了後、塩酸で中和した後、濾紙で生成物を分離した。続いて、分離した生成物を水で洗浄し、塩化ナトリウムを除去し、次いで減圧下乾燥することで16gの白色の粉末状生成物を得た。
【0199】
さらに、上記生成物の残存水酸基を下記方法により、プロピオネート化した。
【0200】
まず、上記の生成物10gにピリジン(200mL)と無水プロピオン酸(200mL)を加え、触媒としてジメチルアミノピリジン(1.67g)を添加し、上記生成物を懸濁させた。その後、80℃、24時間加熱還流した。反応終了後、濾紙で生成物を分離し、さらに水でこれを洗浄してピリジンと未反応の無水プロピオン酸、触媒を除去し、次いで減圧下乾燥することで13gの薄い黄色の粉末状の生成物を得た。
【0201】
得られた試料を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、エポキシ基変性カルダノ―ルによる水酸基の置換度DSCDは0.33で、プロピオニル基による水酸基の置換度DSPrは2.5であった。
【0202】
また、この試料について、下記に従って評価を行った。結果を表1に示す。
【0203】
[熱可塑性(プレス成形性)の評価]
プレス成形を下記条件で行って成形体を得、その際の成形性を下記基準にしたがって評価した。
(成形条件)
温度:200℃、時間:2分、圧力:100kgf(9.8×102N)、
成形体サイズ:厚み:2mm、幅:13mm、長さ:80mm。
(評価基準)
○:良好、△:不良(ボイド、ヒケ、一部未充填が発生)、×:成形不可。
【0204】
[曲げ試験]
上記の成形により得られた成形体について、JIS K7171に準拠して曲げ試験を行った。
【0205】
[吸水率の測定]
JIS K7209に準拠して吸水率を測定した。
【0206】
[植物成分率の決定]
セルロース成分、カルダノール成分を植物成分として、試料全体に対する植物成分の合計含有率(質量%)を求めた。ここでセルロース成分は、ヒドロキシ基がアシル化やグラフト化されていない前記の式(1)で示される構造に対応し、カルダノール成分は前記の式(2)で示される構造に対応するものとして算出した。
【0207】
[比較例1]
酸クロライド化カルダノ―ルを用いてグラフト化したセルロースプロピオネートの合成。
【0208】
解繊した市販の溶解パルプ(商品名:NDPS、日本製紙ケミカル(株)製)を絶乾量で10g(グルコース換算で0.061mol)に300mLの水を添加し、室温で1時間静置した。
【0209】
その後、遠心分離機で水を除去し、残存水の量を10mL程度に調整した。続いて、プロピオン酸を加え、さらに遠心分離することで、最終的には、プロピオン酸20mLに対して、水の量を0.2mL程度に調整し、前処理済みパルプを得た。
【0210】
次に、34mLの無水プロピオン酸、0.36gの硫酸を混合し、マイナス20℃に冷却した。この混合物を反応器に移し、さらに撹拌しながら前処理済みパルプを加えエステル反応を開始させた。次に、反応温度を65℃以下に保ち、エステル化開始から6時間後に18mLの75重量%プロピオン酸水溶液を10分かけて滴下し、過剰の無水プロピオン酸を加水分解させた。その後、反応混合物を、90℃以下に保ち、18時間保持した。
【0211】
反応終了後、酢酸マグネシウム水溶液を添加し、硫酸を完全に中和した。その後、反応混合物をろ過し、水で洗浄した後、105℃で真空乾燥し、セルロースプロピオネートを得た。得られた試料を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、プロピオニル基による水酸基の置換度DSPrは2.5であった。
【0212】
次に、合成例5で作製した酸クロライド化水添カルダノールを、上記のセルロースプロピオネート(プロピオネート基による水酸基の置換度DSPr=2.5)に結合させ、カルダノ―ルグラフト化セルロースプロピオネートを得た。具体的には、下記に従って、カルダノ―ルグラフト化セルロースプロピオネートを作製した。
【0213】
セルロースプロピオネート10g(ヒドロキシ基量0.016mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン4.0mL(0.0288mol)を加えた。この溶液に、合成例5で作製した酸クロライド化水添カルダノール20.8g(0.056mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で5時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、反応溶媒であるジオキサンや未反応の酸クロライド化カルダノ―ル、さらに副生成物であるトリエチルアミン塩酸塩を除去した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでカルダノ―ルグラフト化セルロースプロピオネート13gを得た。得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、酸クロライド化カルダノールによる水酸基の置換度DSCDは0.32であった。
【0214】
また、この試料について、実施例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表1に示す。
【0215】
[比較例2]
マーセル化セルロース(含有水分中の水酸化ナトリウム濃度が7質量%)へのエポキシ基変性カルダノ―ルのグラフト化及びプロピオネート基によるアシル化。
【0216】
合成例1で作製したマーセル化セルロースに代えて、合成例2で作製したマーセル化セルロースを用いた以外は、実施例1と同様にしてグラフト化を行い、12gの白色の粉末状生成物を得た。
【0217】
さらに、上記生成物の残存水酸基を実施例1と同様にしてプロピオネート化し、12gの薄い黄色の粉末状の生成物を得た。得られた試料を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、エポキシ基変性カルダノ―ルによる水酸基の置換度DSCDは0.08で、プロピオニル基による水酸基の置換度DSPrは2.5であった。
【0218】
この生成物は、加熱しても溶融せず、熱可塑性を示さなかった。また、成形もできなかったため、曲げ試験および吸水率の測定を行えなかった。
【0219】
[比較例3]
マーセル化セルロース(含有水分中の水酸化ナトリウム濃度が25質量%)へのエポキシ基変性カルダノ―ルのグラフト化及びプロピオネート基によるアシル化。
【0220】
合成例1で作製したマーセル化セルロースに代えて、合成例3で作製したマーセル化セルロース24g(含有水分中の水酸化ナトリウム濃度が25質量%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてグラフト化を行い、8gの白色の粉末状生成物を得た。
【0221】
さらに、上記生成物の残存水酸基を実施例1と同様にしてプロピオネート化し、7gの薄い黄色の粉末状の生成物を得た。得られた試料を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、エポキシ基変性カルダノ―ルによる水酸基の置換度DSCDは0で、プロピオニル基による水酸基の置換度DSPrは2.5であった。
【0222】
この生成物は、加熱しても溶融せず、熱可塑性を示さなかった。また、成形もできなかったため、曲げ試験や吸水率の測定を行えなかった。
【0223】
【表1】

【0224】
*水酸化ナトリウム濃度(質量%):マーセル化セルロースへエポキシ基変性カルダノールを反応させる際の含有水分中の水酸化ナトリウム濃度。
【0225】
実施例1のように、不均一系でのグラフト化反応(マーセル化セルロースが懸濁)では、反応終了後、濾過と水の洗浄によって、生成物を簡単に回収でき、さらに、副生成物を容易に除去できる。そのため、大量の有機溶剤による生成物の再沈殿工程(溶解度の差を利用した精製工程)が不要となり、製造工程が少なく、簡便にグラフト化セルロース系樹脂が製造できる。
【0226】
比較例1のように、均一系でのグラフト化反応(溶媒にプロピオネート化セルロースとカルダノ―ル誘導体が溶解)では、反応終了後に生成物を回収し、溶媒と副生成物(トリエチルアミン塩酸塩)を除去するために、大量の有機溶剤による生成物の再沈殿工程が必要である。
【0227】
実施例1(エポキシ基変性カルダノール付加セルロースプロピオネート)と、比較例1(酸クロライド化カルダノール付加セルロースプロピオネート)とを対比すると、いずれも、機械的物性(強度、弾性率、破断歪み)、熱可塑性、耐水性、及び植物成分率が良好である。このように、本実施例によれば、機械的物性、熱可塑性、耐水性、及び縮物成分率が良好なセルロース系樹脂を、簡便に製造することができる。
【0228】
また、実施例1(含有水分中の水酸化ナトリウム濃度が3質量%)に対して、比較例2(含有水分中の水酸化ナトリウム濃度が7質量%)及び比較例3(含有水分中の水酸化ナトリウム濃度が25質量%)では、熱可塑性を得るために必要な量のカルダノールをマーセル化セルロースへ付加させることができなかった。これは、反応系中の水酸化ナトリウム濃度が高く、エポキシ基変性カルダノール間の自己重合(オリゴマー化)が生じ、その結果、マーセル化セルロースへのエポキシ基変性カルダノールの反応性が低下しためと考えられる。
【0229】
以下に、他のカルダノールグラフト化セルロース系樹脂について、具体例を挙げてさらに説明する。
【0230】
[参考合成例1]カルダノール誘導体1(コハク酸変性カルダノールのクロライド化物)の作製
カルダノールの直鎖状炭化水素部分の不飽和結合が水素化された水添カルダノール(ACROS Organics製、m−n−ペンタデシルフェノール)を原料とした。この水添カルダノールを、1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)で測定したところ不飽和結合が検出されなかったので、水添率は少なくとも90モル%以上であることが確認できた。そのフェノール性水酸基を無水コハク酸と反応させることでカルボキシル基を付与し、カルボキシル化水添カルダノールを得た。次に、このカルボキシル基をオキサリルクロライドでクロライド化して酸クロライド基へ変換し、クロライド化水添カルダノールを得た。具体的には、下記に従って、クロライド化水添カルダノールを作製した。
【0231】
まず、無水コハク酸33g(0.33mol)を脱水クロロホルム250mLに溶解させ、脱水ピリジン5.0mL(0.062mol)と原料の水添カルダノール50g(0.16mol)を加え、窒素雰囲気下、70℃で24時間加熱還流した。反応溶液を室温まで冷却後、析出した無水コハク酸の結晶を濾別した。濾過したクロロホルム溶液を0.1mol/L塩酸250mLで2回洗浄し、さらに水250mLで2回洗浄した。洗浄後のクロロホルム溶液を硫酸マグネシウムで脱水した後、硫酸マグネシウムを濾別し、クロロホルムを減圧留去することでカルボキシル化水添カルダノールの褐色固体60g(0.15mol)を得た。
【0232】
得られたカルボキシル化水添カルダノール50g(0.12mol)を脱水クロロホルム250mLに溶解させ、オキサリルクロライド24g(0.19mol)とN,N−ジメチルホルムアミド0.25mL(3.2mmol)を加え、室温で72時間撹拌した。クロロホルム、過剰のオキサリルクロライド及びN,N−ジメチルホルムアミドを減圧留去し、クロライド化水添カルダノール52g(0.12mol)を得た。
【0233】
[参考合成例2]カルダノール誘導体2(モノクロロ酢酸変性カルダノールのクロライド化物)の作製
カルダノールの直鎖状炭化水素部分の不飽和結合が水素化された水添カルダノール(ACROS Organics製、m−n−ペンタデシルフェノール)を原料とし、そのフェノール性水酸基をモノクロロ酢酸と反応させることでカルボキシル基を付与し、カルボキシル化水添カルダノールを得た。次に、このカルボキシル基をオキサリルクロライドでクロライド化して酸クロライド基へ変換し、クロライド化水添カルダノールを得た。具体的には、下記に従って、クロライド化水添カルダノールを作製した。
【0234】
まず、水添カルダノール80g(0.26mol)をメタノール120mLに溶解させ、これに、水酸化ナトリウム64g(1.6mol)を蒸留水40mLに溶解させた水溶液を加えた。その後、室温で、関東化学(株)製モノクロロ酢酸66g(0.70mol)をメタノール50mLに溶解させた溶液を滴下した。滴下完了後、73℃で4時間還流させつつ攪拌を継続した。反応溶液を室温まで冷却後、この反応混合物を、希塩酸でpH=1となるまで酸性化し、メタノール250mLとジエチルエーテル500mL、さらに、蒸留水200mLを加えた。分液漏斗で水層を分離、廃棄し、エーテル層を蒸留水400mLで2回洗浄した。エーテル層に無水マグネシウムを加え乾燥させた後、これを濾別した。濾液(エーテル層)をエバポレーター(90℃/3mmHg)で減圧濃縮し、残渣として黄茶色粉末状の粗生成物を得た。この粗生成物をn−ヘキサンから再結晶し、真空乾燥させることにより、カルボキシル化水添カルダノールの白色粉末46g(0.12mol)を得た。
【0235】
得られたカルボキシル化水添カルダノール46g(0.12mol)を脱水クロロホルム250mLに溶解させ、オキサリルクロライド24g(0.19mol)とN,N−ジメチルホルムアミド0.25mL(3.2mmol)を加え、室温で72時間撹拌した。クロロホルム、過剰のオキサリルクロライド及びN,N−ジメチルホルムアミドを減圧留去し、クロライド化水添カルダノール48g(0.13mol)を得た。
【0236】
[参考合成例3]ビフェニル酢酸クロライドの作製
シグマアルドリッチジャパン(株)製ビフェニル酢酸6.0g(0.028mol)を脱水クロロホルム60mlに溶解させ、オキサリルクロライド3.7g(0.029mol)とN,N−ジメチルホルムアミド0.04mL(0.51mmol)を加え、室温で72時間攪拌した。クロロホルム、過剰のオキサリルクロライド及びN,N−ジメチルホルムアミドを減圧留去し、ビフェニル酢酸クロライド6.5g(0.028mol)を得た。
【0237】
[参考例1]
参考合成例1で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体1)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートを作製した。
【0238】
セルロースアセテート10g(ヒドロキシ基量0.036mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン5.0mL(0.036mol)を加えた。この溶液に、参考合成例1で作製したクロライド化水添カルダノール46g(0.11mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で6時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート20gを得た。
【0239】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.90であった。
【0240】
また、この試料について、下記に従って評価を行った。結果を表101Aに示す。
【0241】
[熱可塑性(プレス成形性)の評価]
プレス成形を下記条件で行って成形体を得、その際の成形性を下記基準にしたがって評価した。
(成形条件)
温度:170℃、時間:2分、圧力:100kgf(9.8×102N)、
成形体サイズ:厚み:2mm、幅:13mm、長さ:80mm。
(評価基準)
○:良好、△:不良(ボイド、ヒケ、一部未充填が発生)、×:成形不可。
【0242】
[ガラス転移温度の測定(耐熱性評価)]
DSC(セイコーインスツルメンツ社製、製品名:DSC6200)によりガラス転移温度を測定した。
【0243】
[曲げ試験]
上記の成形により得られた成形体について、JIS K7171に準拠して曲げ試験を行った。
【0244】
[引張試験]
試料2gをクロロホルム20mLに溶解した溶液を調製し、この溶液を用いてキャスティングを行い、カッターナイフで切り出して幅10mm、長さ60mm、厚さ0.2mmのフィルムを作製した。このフィルムについて、JIS K7127に準拠して引張試験を行った。
【0245】
[吸水率の測定]
JIS K7209に準拠して吸水率を測定した。
【0246】
[植物成分率の決定]
セルロース成分、カルダノール成分を植物成分として、試料全体に対する植物成分の合計含有率(質量%)を求めた。ここでセルロース成分は、ヒドロキシ基がアシル化やグラフト化されていない前記の式(1)で示される構造に対応し、カルダノール成分は前記の式(2)で示される構造に対応するものとして算出した。
【0247】
[参考例2]
参考合成例1で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体1)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートを作製した。
【0248】
セルロースアセテート10g(ヒドロキシ基量0.036mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸補足剤としてトリエチルアミン5.0mL(0.036mol)を加えた。この溶液に、参考合成例1で作製したクロライド化水添カルダノール23g(0.054mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で6時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに攪拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート16gを得た。
【0249】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.55であった。
【0250】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Aに示す。
【0251】
[参考例3]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートを作製した。
【0252】
セルロースアセテート10g(ヒドロキシ基量0.036mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン5.0mL(0.036mol)を加えた。この溶液に、参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール14g(0.037mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で3時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート15gを得た。
【0253】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.55であった。
【0254】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Aに示す。
【0255】
[参考例4]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を21g(0.054mol)に変更する以外は参考例3と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート19gを得た。
【0256】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.80であった。
【0257】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Aに示す。
【0258】
[参考例5]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を12g(0.031mol)に変更する以外は参考例3と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート14gを得た。
【0259】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.44であった。
【0260】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Aに示す。
【0261】
[参考例6]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を6.9g(0.018mol)に変更する以外は参考例3と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート13gを得た。
【0262】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.30であった。
【0263】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Aに示す。
【0264】
[参考例7]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素としてベンゾイルクロライド(BC)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートを作製した。
【0265】
セルロースアセテート10g(ヒドロキシ基量0.036mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン5.0mL(0.036mol)を加えた。この溶液に、参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール4.1g(0.011mol)と東京化成工業(株)製のベンゾイルクロライド(BC)2.8g(0.020mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で5時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート13gを得た。
【0266】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.30、DSBCは0.14であった。
【0267】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Bに示す。
【0268】
[参考例8]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素としてベンゾイルクロライド(BC)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を3.1g(0.008mol)に変更し、ベンゾイルクロライドの仕込み量を8.4g(0.060mol)に変更する以外は参考例7と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート14gを得た。
【0269】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.22、DSBCは0.27であった。
【0270】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Bに示す。
【0271】
[参考例9]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素としてベンゾイルクロライド(BC)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を7.6g(0.020mol)に変更し、ベンゾイルクロライドの仕込み量を8.4g(0.060mol)に変更する以外は参考例7と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート16gを得た。
【0272】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.44、DSBCは0.22であった。
【0273】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Bに示す。
【0274】
[参考例10]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素としてベンゾイルクロライド(BC)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を4.1g(0.011mol)に変更し、ベンゾイルクロライドの仕込み量を28.1g(0.20mol)に変更する以外は参考例7と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート15gを得た。
【0275】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.24、DSBCは0.42であった。
【0276】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Bに示す。
【0277】
[参考例11]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素としてベンゾイルクロライド(BC)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を4.6g(0.012mol)に変更し、ベンゾイルクロライドの仕込み量を1.1g(0.008mol)に変更する以外は参考例7と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート14gを得た。
【0278】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.30、DSBCは0.07であった。
【0279】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Bに示す。
【0280】
[参考例12]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素としてベンゾイルクロライド(BC)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を1.5g(0.004mol)に変更し、ベンゾイルクロライドの仕込み量を2.2g(0.016mol)に変更する以外は参考例7と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート12gを得た。
【0281】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.08、DSBCは0.16であった。
【0282】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Bに示す。
【0283】
[参考例13]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素として参考合成例3で作製したビフェニル酢酸クロライド(BAA)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートを作製した。
【0284】
セルロースアセテート10g(ヒドロキシ基量0.036mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン5.0mL(0.036mol)を加えた。この溶液に、参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール7.0g(0.018mol)と参考合成例3で作製したビフェニル酢酸クロライド(BAA)1.5g(0.0065mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で5時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート13gを得た。
【0285】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.27、DSBAAは0.15であった。
【0286】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Bに示す。
【0287】
[参考例14]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素として参考合成例3で作製したビフェニル酢酸クロライド(BAA)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を12.2g(0.032mol)に変更し、ビフェニル酢酸クロライドの仕込み量を4.6g(0.020mol)に変更する以外は参考例13と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート14gを得た。
【0288】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.40、DSBAAは0.40であった。
【0289】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Bに示す。
【0290】
[参考例15]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素として参考合成例3で作製したビフェニル酢酸クロライド(BAA)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を15.2g(0.040mol)に変更し、ビフェニル酢酸クロライドの仕込み量を3.2g(0.014mol)に変更する以外は参考例13と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート14gを得た。
【0291】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.55、DSBAAは0.28であった。
【0292】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Bに示す。
【0293】
[参考例16]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素として参考合成例3で作製したビフェニル酢酸クロライド(BAA)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を7.6g(0.020mol)に変更し、ビフェニル酢酸クロライドの仕込み量を7.4g(0.032mol)に変更する以外は参考例13と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート14gを得た。
【0294】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.30、DSBAAは0.52であった。
【0295】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Bに示す。
【0296】
[参考例17]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素としてフェニルプロピオニルクロライド(PPA)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートを作製した。
【0297】
セルロースアセテート10g(ヒドロキシ基量0.036mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン5.0mL(0.036mol)を加えた。この溶液に、参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール4.0g(0.011mol)と東京化成工業(株)製フェニルプロピオニルクロライド(PPA)2.0g(0.012mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃5時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート13gを得た。
【0298】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.17、DSPPAは0.25であった。
【0299】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Cに示す。
【0300】
[参考例18]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素としてフェニルプロピオニルクロライド(PPA)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を3.8g(0.010mol)に変更し、フェニルプロピオニルクロライドの仕込み量を2.7g(0.016mol)に変更する以外は参考例17と同様の分量と方法に従って作製し、グラフト化セルロースアセテート14gを得た。
【0301】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.13、DSPPAは0.35であった。
【0302】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Cに示す。
【0303】
[参考例19]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素としてシクロヘキサンカルボン酸クロライド(CHC)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートを作製した。
【0304】
セルロースアセテート10g(ヒドロキシ基量0.036mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン5.0mL(0.036mol)を加えた。この溶液に、参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール3.7g(0.0096mol)とシグマアルドリッチジャパン(株)製のシクロヘキサンカルボン酸クロライド(CHC)2.5g(0.017mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で5時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート13gを得た。
【0305】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.20、DSCHCは0.22であった。
【0306】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Cに示す。
【0307】
[参考例20]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素としてビフェニルカルボニルクロライド(BCC)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートを作製した。
【0308】
セルロースアセテート10g(ヒドロキシ基量0.036mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン5.0mL(0.036mol)を加えた。この溶液に、参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール4.6g(0.012mol)とシグマアルドリッチジャパン(株)製のビフェニルカルボニルクロライド(BCC)13.0g(0.060mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で5時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート16gを得た。
【0309】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.30、DSBCCは0.30であった。
【0310】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Cに示す。
【0311】
[参考例21]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−40、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.4)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートを作製した。
【0312】
セルロースアセテート15.8g(ヒドロキシ基量0.036mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン5.0mL(0.036mol)を加えた。この溶液に、参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール6.8g(0.018mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で5時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート19gを得た。
【0313】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.19であった。
【0314】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表102に示す。
【0315】
[参考例22]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−40、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.4)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、クロライド化水添カルダノールの仕込み量を41.2g(0.108mol)に変更する以外は、参考例22と同様の分量と方法に従ってグラフト化セルロースアセテート25gを作製した。
【0316】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.50であった。
【0317】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表102に示す。
【0318】
[参考例23]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)を、セルロースアセテートブチレート(イーストマンケミカル製、商品名:CAB−381−20、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=1.0、セルロースのグルコース単位当たりの酪酸の付加数(ブチリル化の置換度DSBu)=1.66)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートブチレートを作製した。
【0319】
セルロースアセテートブチレート10g(ヒドロキシ基量0.011mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン2.5mL(0.018mol)を加えた。この溶液に、参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール13g(0.035mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で5時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテートブチレート13gを得た。
【0320】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテートブチレート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.34であった。
【0321】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表103に示す。
【0322】
[参考例24]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)を、セル
ロースアセテートプロピオネート(イーストマンケミカル製、商品名:CAP−482−20、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=0.18、セルロースのグルコース単位当たりのプロピオン酸の付加数(プロピオニル化の置換度DSPr)=2.49)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートプロピオネートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートプロピオネートを作製した。
【0323】
セルロースアセテートプロピオネート10g(ヒドロキシ基量0.010mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン2.5mL(0.018mol)を加えた。この溶液に、参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール13g(0.035mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で5時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート13gを得た。
【0324】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.34であった。
【0325】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表103に示す。
【0326】
[参考例25]
参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール(カルダノール誘導体2)と、反応性炭化水素としてベンゾイルクロライド(BC)を、セルロースアセテートプロピオネート(イーストマンケミカル製、商品名:CAP−482−20、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=0.18、セルロースのグルコース単位当たりのプロピオン酸の付加数(プロピオニル化の置換度DSPr)=2.49)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートプロピオネートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートプロピオネートを作製した。
【0327】
セルロースアセテートプロピオネート10g(ヒドロキシ基量0.010mol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン2.5mL(0.018mol)を加えた。この溶液に、参考合成例2で作製したクロライド化水添カルダノール4.5g(0.012mol)と東京化成工業(株)製のベンゾイルクロライド(BC)2.8g(0.020mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で5時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート13gを得た。
【0328】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSCDは0.21、DSBCは0.10であった。
【0329】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表103に示す。
【0330】
[参考例26]
カルダノールの直鎖状炭化水素部分の不飽和結合が水素化された水添カルダノール(ACROS Organics製、m−n−ペンタデシルフェノール)を原料とし、そのフェノール性水酸基をモノクロロ酢酸と反応させることでカルボキシル基を付与し、カルボキシル化水添カルダノールを得た。具体的には、下記に従って、カルボキシル化水添カルダノールを作製した。
【0331】
まず、水添カルダノール80g(0.26mol)をメタノール120mLに溶解させ、これに、水酸化ナトリウム64g(1.6mol)を蒸留水40mLに溶解させた水溶液を加えた。その後、室温で、関東化学(株)製モノクロロ酢酸66g(0.70mol)をメタノール50mLに溶解させた溶液を滴下した。滴下完了後、73℃で4時間還流させつつ攪拌を継続した。反応溶液を室温まで冷却後、この反応混合物を、希塩酸でpH=1となるまで酸性化し、メタノール250mLとジエチルエーテル500mL、さらに、蒸留水200mLを加えた。分液漏斗で水層を分離、廃棄し、エーテル層を蒸留水400mLで2回洗浄した。エーテル層に無水マグネシウムを加え乾燥させた後、これを濾別した。濾液(エーテル層)をエバポレーター(90℃/3mmHg)で減圧濃縮し、残渣として黄茶色粉末状の粗生成物を得た。この粗生成物をn−ヘキサンから再結晶し、真空乾燥させることにより、カルボキシル化水添カルダノールの白色粉末46g(0.12mol)を得た。
【0332】
こうして作製したカルボキシル化水添カルダノールを、セルロース(日本製紙ケミカル(株)製、商品名:KCフロックW−50G)に結合させ、グラフト化セルロースを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースを作製した。
【0333】
セルロース2.5g(ヒドロキシ基量47mmol)をメタノール100mLに懸濁させ1時間室温で撹拌し、吸引濾過した。濾別した固体をジメチルアセトアミド(DMAc)100mLに膨潤させ1時間室温で撹拌した後、吸引濾過して溶媒を除去した。その後、DMAcでの膨潤と吸引濾過による溶媒の除去を同様に3回繰り返した。DMAc250mLにLiCl21gを溶解し、先のDMAc膨潤セルロースを混合して室温で一晩撹拌し、セルロース溶液を得た。こうして得られたセルロース溶液に、カルボキシル化水添カルダノールを17.3g(46.5mmol)、ピリジン11.0g(140mmol)、トシルクロライド8.8g(46mmol)を溶解したDMAc溶液20mLを加え、50℃で1時間加熱反応させた。反応溶液をメタノール2Lに滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体をメタノール500mLで3回洗浄した後、105℃で5時間真空乾燥することで、グラフト化セルロース10.4gを得た。回収量から求められたDSCDは1.49であった。また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表104に示す。
【0334】
[参考比較例1]
参考例1で使用したグラフト化前のセルロースアセテートを比較試料とした。
【0335】
このセルロースアセテートについて、参考例1と同様に評価を行った。結果を表101Cに示す。
【0336】
なお、このセルロースアセテートは、加熱しても溶融せず、熱可塑性を示さなかった。また、成形もできなかったため曲げ試験を行えなかった。
【0337】
[参考比較例2]
参考例1で使用したグラフト化前のセルロースアセテートに、可塑剤としてクエン酸トリエチル(ファイザー社製、商品名:Citroflex−2)を、樹脂組成物全体に対する含有量が45質量%となるように添加し、押し出し混合機(HAAKE MiniLab Rheomex extruder (Model CTW5, Thermo Electron Corp., Waltham, Mass.))で混合(温度200℃、スクリュー回転速度60rpm)し、セルロースアセテート樹脂組成物を作製した。
【0338】
この樹脂組成物について、参考例1と同様にして評価を行った。結果を表101Cに示す。
【0339】
なお、この樹脂組成物を用いてキャスティングすると相分離が起こり、均一なフィルムを作製できなかったため、引張試験は行わなかった。
【0340】
[参考比較例3]
クエン酸トリエチルの添加量を、樹脂組成物全体に対して56質量%となるように変更する以外は参考比較例2と同様の分量と方法に従って、セルロースアセテート樹脂組成物を作製した。
【0341】
この樹脂組成物について、参考例1と同様にして評価を行った。結果を表101Cに示す。
【0342】
なお、この樹脂組成物を用いてキャスティングすると相分離が起こり、均一なフィルムを作製できなかったため、引張試験は行わなかった。
【0343】
[参考比較例4]
クエン酸トリエチルの添加量を、樹脂組成物全体に対して34質量%となるように変更する以外は参考比較例2と同様の分量と方法に従って、セルロースアセテート樹脂組成物を作製した。
【0344】
この樹脂組成物について、参考例1と同様にして評価を行った。結果を表101Cに示す。
【0345】
なお、この樹脂組成物を用いてキャスティングすると相分離が起こり、均一なフィルムを作製できなかったため、引張試験は行わなかった。
【0346】
[参考比較例5]
反応性炭化水素としてフェニルプロピオニルクロライド(PPA)を、セルロースアセテート(ダイセル化学工業(株)製、商品名:LM−80、セルロースのグルコース単位当たりの酢酸の付加数(アセチル化の置換度:DSAce)=2.1)に結合させ、グラフト化セルロースアセテートを得た。具体的には、下記に従って、グラフト化セルロースアセテートを作製した。
【0347】
セルロースアセテート10g(ヒドロキシ基量0.036mmol)を脱水ジオキサン200mLに溶解させ、反応触媒および酸捕捉剤としてトリエチルアミン5.0mL(0.036mmol)を加えた。この溶液に、東京化成工業(株)製のフェニルプロピオニルクロライド(PPA)10g(0.060mol)を溶解したジオキサン溶液100mLを加え、100℃で1時間加熱還流した。反応溶液をメタノール3Lに撹拌しながらゆっくりと滴下して再沈殿し、固体を濾別した。濾別した固体を一晩空気乾燥し、さらに105℃で5時間真空乾燥することでグラフト化セルロースアセテート12gを得た。
【0348】
得られた試料(グラフト化セルロースアセテート)を1H−NMR(Bruker社製、製品名:AV−400、400MHz)によって測定したところ、DSPPAは0.47であった。
【0349】
また、この試料について、参考例1と同様の方法に従って評価を行った。結果を表101Cに示す。
【0350】
なお、このセルロースアセテートは、加熱しても溶融せず、熱可塑性を示さなかった。また、成形もできなかったため曲げ試験を行えなかった。
【0351】
[参考比較例6]
参考例21で使用したグラフト化前のセルロースアセテート(DSAce=2.4)を比較試料とした。
【0352】
このセルロースアセテートについて、参考例1と同様に評価を行った。結果を表102に示す。
【0353】
なお、このセルロースアセテートは、加熱しても溶融せず、熱可塑性を示さなかった。また、成形もできなかったため曲げ試験を行えなかった。
【0354】
[参考比較例7]
参考例21で使用したグラフト化前のセルロースアセテート(DSAce=2.4)に、可塑剤としてクエン酸トリエチル(ファイザー社製、商品名:Citroflex−2)を、樹脂組成物全体に対する含有量が20質量%となるように添加し、押し出し混合機(HAAKE MiniLab Rheomex extruder (Model CTW5, Thermo Electron Corp., Waltham, Mass.))で混合(温度190℃、スクリュー回転速度60rpm)し、セルロースアセテート樹脂組成物を作製した。
【0355】
この樹脂組成物について、参考例1と同様にして評価を行った。結果を表102に示す。
【0356】
なお、この樹脂組成物を用いてキャスティングすると相分離が起こり、均一なフィルムを作製できなかったため、引張試験は行わなかった。
【0357】
[参考比較例8]
クエン酸トリエチルの添加量を、樹脂組成物全体に対して40質量%となるように変更する以外は参考比較例7と同様の分量、方法に従って、セルロースアセテート樹脂組成物を作製した。
【0358】
この樹脂組成物について、参考例1と同様にして評価を行った。結果を表102に示す。
【0359】
なお、この樹脂組成物を用いてキャスティングすると相分離が起こり、均一なフィルムを作製できなかったため、引張試験は行わなかった。
【0360】
[参考比較例9、10]
参考例23、24で使用したグラフト化前のセルロースアセテートブチレート、およびセルロースアセテートプロピオネートを比較試料とした。
【0361】
このセルロースアセテートブチレート、およびセルロースアセテートプロピオネートについて、参考例1と同様に評価を行った。結果を表103に示す。
【0362】
なお、このセルロースアセテートブチレート、およびセルロースアセテートプロピオネートは、加熱した際に溶融し熱可塑性はあるものの溶融粘度が非常に大きく、成形が困難であったため曲げ試験を行えなかった。
【0363】
[参考比較例11、12]
参考例23、24で使用したグラフト化前のセルロースアセテートブチレート、およびセルロースアセテートプロピオネートに、可塑剤としてクエン酸トリエチル(ファイザー社製、商品名:Citroflex−2)を、それぞれ樹脂組成物全体に対する含有量が27質量%となるように添加し、押し出し混合機(HAAKE MiniLab Rheomex extruder (Model CTW5, Thermo Electron Corp., Waltham, Mass.))で混合(温度180℃、スクリュー回転速度60rpm)し、セルロースアセテートブチレート樹脂組成物、およびセルロースアセテートプロピオネート樹脂組成物を作製した。
【0364】
この樹脂組成物について、参考例1と同様にして評価を行った。結果を表103に示す。
【0365】
なお、この樹脂組成物を用いてキャスティングすると相分離が起こり、均一なフィルムを作製できなかったため、引張試験は行わなかった。
【0366】
[参考比較例13]
参考例26と比較するため、可塑剤のクエン酸トリエチルの添加量を、樹脂組成物全体に対して63質量%となるように変更する以外は参考比較例2と同様の方法に従って、セルロースアセテートと本可塑剤からなる樹脂組成物を作製した。本可塑剤とアセチル基の総量は、参考例26のカルダノール量と同量にした。この樹脂組成物について、参考例1と同様にして評価を行った。結果を表104に示す。
【0367】
この樹脂組成物を用いてキャスティングすると相分離が起こり、均一なフィルムを作製できなかったため、引張試験は行わなかった。
【0368】
[参考比較例14]
不飽和結合を持つ上記式(2)で示される、カルダノール(東北化工(株)製、LB−7000:3−ペンタデシルフェノール約5%、3−ペンタデシルフェノールモノエン約35%、3−ペンタデシルフェノールジエン約20%、3−ペンタデシルフェノールトリエン約40%の混合物)の不飽和結合とセルロース(日本製紙ケミカル(株)製、商品名:KCフロックW−50G)のヒドロキシ基を化学結合させ、カルダノールグラフト化セルロースを得た。具体的には、下記に従って、カルダノールグラフト化セルロースを作製した。
【0369】
ドライボックス中、窒素ガス雰囲気下でボロントリフルオリドジエチルエーテル(BF3−OEt2)(関東化学(株)製)80mLと塩化メチレン(関東化学(株)製)100mLの反応溶媒を作製した後、これに、セルロース2gを加え、室温下で2時間攪拌した。その後、上記反応溶媒からセルロースを濾別し、真空乾燥させた後、これに上記液状のカルダノール(LB−7000)100mLを加え、室温下で3時間攪拌しながらグラフト化反応を行った。反応終了後、生成物を濾別し、アセトン洗浄、ソックスレ抽出を行い、105℃で5時間真空乾燥することで、目的物のカルダノールグラフト化セルロースの組成物2.5gを得た。回収量から求められたDSCDは0.16であった。
【0370】
この組成物は、加熱しても溶融せず、熱可塑性を示さなかった。また、成形もキャスティングもできなかったため、曲げ試験や引張試験などの評価を行えなかった。
【0371】
【表101A】

【0372】
【表101B】

【0373】
【表101C】

【0374】
【表102】

【0375】
【表103】

【0376】
【表104】

【0377】
参考例1〜6と参考比較例1を対比すると、本参考例のカルダノールグラフト化セルロース系樹脂(セルロースのヒドロキシ基にアセチル基も付加)は、熱可塑性を示さないグラフト化前のセルロース誘導体(セルロースアセテート)に対して、植物成分率を下げることなく、熱可塑性(プレス成形性)を示し優れた曲げ特性が得られ、さらに引っ張り特性(特に破断ひずみ)及び耐水性(吸水率)が改善されている。また、参考例1〜6と参考比較例2〜4を対比すると、本参考例のカルダノールグラフト化セルロース系樹脂(セルロースのヒドロキシ基にアセチル基も付加)は、グラフト化前のセルロース誘導体(セルロースアセテート)に可塑剤を添加したものよりも、曲げ特性、引っ張り特性および耐水性が改善されているとともに、植物成分率を下げることなく高い耐熱性(ガラス転移温度)が得られている。
【0378】
参考例7〜20に示されているように、カルダノールとともに反応性炭化水素をグラフト化させることにより、高い耐水性を得ながら、曲げ特性(特に曲げ強度)及び引張特性(特に引っ張り強度)をより一層改善することができる。
【0379】
参考例21〜22及び参考比較例6〜8は、参考例1〜20及び参考比較例1〜5に対して、セルロースのヒドロキシ基に付加したアセチル基を増加させた例である。このような場合であっても、参考例21〜22と参考比較例6を対比すると、本参考例のカルダノールグラフト化セルロース系樹脂は、熱可塑性を示さないグラフト化前のセルロース誘導体に対して、植物成分率を下げることなく、熱可塑性を示し優れた曲げ特性が得られ、さらに引っ張り特性(特に破断ひずみ)及び耐水性が改善されている。また、参考例21及び22と参考比較例7及び8を対比すると、本参考例のカルダノールグラフト化セルロース系樹脂は、グラフト化前のセルロース誘導体に可塑剤を添加したものよりも、曲げ特性(特に曲げ強度)、引っ張り特性および耐水性が改善されているとともに、植物成分率を下げることなく高い耐熱性が得られている。
【0380】
可塑剤を添加した参考比較例2〜4、7及び8が示すように、可塑剤を添加するだけでは、優れた耐熱性は得られていない。本参考例によれば、セルロース系樹脂に熱可塑性を付与することができるとともに、優れた耐熱性を得ることができる。
【0381】
また、反応性炭化水素のみをグラフトさせた参考比較例5が示すように、反応性炭化水素のみをグラフトさせるだけでは、熱可塑性は示さず、曲げ特性、引っ張り特性(特に破断ひずみ)及び耐水性は改善されていない。本参考例によれば、セルロース系樹脂に熱可塑性を付与することができるとともに、優れた曲げ特性、引っ張り特性(特に破断ひずみ)及び耐水性を得ることができる。
【0382】
参考例23〜25及び参考比較例9〜12は、アセチル基に加えてブチリル基あるいはプロピオニル基がヒドロキシ基に付加したセルロース誘導体を用いて作製したセルロース系樹脂の例である。このような場合であっても、参考例23〜25と参考比較例9及び10を対比すると、本参考例のカルダノールグラフト化セルロース系樹脂は、グラフト化前のセルロース誘導体に対して、植物成分率を下げることなく、優れた熱可塑性及び曲げ特性が得られ、さらに引っ張り特性(特に破断ひずみ)及び耐水性が改善されている。また、参考例23〜25と参考比較例11及び12を対比すると、本参考例のカルダノールグラフト化セルロース系樹脂は、グラフト化前のセルロース誘導体に可塑剤を添加したものよりも、曲げ特性(特に曲げ強度)、引っ張り特性および耐水性が改善されているとともに、植物成分率を下げることなく高い耐熱性が得られている。
【0383】
参考例26は、セルロースのヒドロキシ基にアセチル基等のアシル基が付加していないセルロースを用いて作製したセルロース系樹脂の例である。このような場合であっても、参考例26と参考比較例13を対比すると、本参考例のカルダノールグラフト化セルロース系樹脂は、参考比較例13のセルロース誘導体(セルロースアセテート)に可塑剤を添加したもの(セルロース成分の重量分率は同じ)よりも、曲げ特性(特に曲げ強度)、引っ張り特性および耐水性が改善されているとともに、植物成分率を下げることなく高い耐熱性が得られている。
【0384】
このように、本参考例によれば、高い植物成分率(高植物性)を有しながら、耐水性が改善され、良好な熱可塑性(プレス成形性)と十分な耐熱性をもつセルロース系樹脂を提供できる。また、プレス成形体については高い曲げ特性が得られ、フィルム成形体ついては引張特性(特に靱性)を改善することができる。また、本参考例のグラフト化セルロース系樹脂は、植物成分率が高いとともに、非可食部の利用率が高い。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
セルロース又はその誘導体をマーセル化してなるマーセル化セルロースと、該マーセル化セルロースの官能基と反応し得る官能基を有するカルダノール又はその誘導体とを結合してなるセルロース系樹脂。
【請求項2】
前記マーセル化セルロースの官能基と、前記カルダノール又はその誘導体が有するエポキシ基又はカルボン酸ハライド基との反応により、前記マーセル化セルロースと前記カルダノール又はその誘導体とを結合してなる、請求項1に記載のセルロース系樹脂。
【請求項3】
請求項1又は2に記載のセルロース系樹脂をベース樹脂として含む樹脂組成物。
【請求項4】
請求項3に記載の樹脂組成物よりなる成形用材料。
【請求項5】
セルロース又はその誘導体をマーセル化してなるマーセル化セルロースと、該マーセル化セルロースの官能基と反応し得る官能基を有するカルダノール又はその誘導体とを、該マーセル化セルロースが懸濁した懸濁液中で反応させる工程を有する、セルロース系樹脂の製造方法。
【請求項6】
セルロース又はその誘導体をアルカリ化剤水溶液中に浸漬するマーセル化処理を行ってマーセル化セルロースを形成する工程と、
前記マーセル化セルロース中に水分が残留し且つ残留する水分中のアルカリ化剤濃度が5質量%以下になるように、前記アルカリ化剤水溶液を希釈し除去する工程と、
前記マーセル化セルロースと、該マーセル化セルロースの官能基と反応し得る官能基を有するカルダノール又はその誘導体とを、該マーセル化セルロースが懸濁した懸濁液中で反応させる工程を含む、セルロース系樹脂の製造方法。
【請求項7】
前記アルカリ化剤水溶液は、マーセル化処理時のアルカリ化剤濃度が10質量%以上40質量%以下である、請求項6に記載の製造方法。
【請求項8】
前記アルカリ化剤は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物又は炭酸塩である、請求項6又は7に記載の製造方法。
【請求項9】
前記マーセル化セルロースと前記カルダノール又はその誘導体との反応生成物と、溶媒とを固液分離する工程を含む、請求項5から8のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項10】
前記カルダノール又はその誘導体は、前記マーセル化セルロースの官能基と反応し得る官能基として、エポキシ基又はカルボン酸ハライド基を有する、請求項5から9のいずれか一項に記載の製造方法。

【公開番号】特開2012−219112(P2012−219112A)
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−82987(P2011−82987)
【出願日】平成23年4月4日(2011.4.4)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.テフロン
【出願人】(000004237)日本電気株式会社 (19,353)
【Fターム(参考)】