樹脂複合材料とその製造方法、および樹脂複合材料成形品
【課題】サーマルリサイクルが可能で、かつ機械的強度に優れた樹脂複合材料を提供する。
【解決手段】母材樹脂３１中に、強化材として表面処理されたミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）１を含有する樹脂複合材料であって、表面処理されたＭＦＣ１が、親水性樹脂４でその表面が被覆されたものであることとする。
【解決手段】母材樹脂３１中に、強化材として表面処理されたミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）１を含有する樹脂複合材料であって、表面処理されたＭＦＣ１が、親水性樹脂４でその表面が被覆されたものであることとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂複合材料とその製造方法、および樹脂複合材料成形品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化プラスチックに含有される強化材としては、優れた強度を有するガラス繊維が用いられてきた。しかし、このガラス繊維を用いた繊維強化プラスチックを燃焼させて熱エネルギーを回収するサーマルリサイクルを行う場合には、ガラス繊維が不燃物であるために、燃焼炉を損傷したり、燃焼効率が低くなる等の問題点があった。また、焼却後の残渣が多くなるという問題点もあった。このため、実際には繊維強化プラスチックのサーマルリサイクルはほとんど行われず、主として埋め立てて廃棄されているのが現状である。
【０００３】
このような問題に対処するために、強化材として植物繊維を用いた複合材料が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
しかしながら、上記のような植物繊維を強化繊維として用いても、十分な補強効果が発揮されていない。この点についてはいくつかの要因が考えられる。
【０００５】
例えば、第１に、植物繊維そのものが強化材として必ずしも適した構造を有さないことである。引張性能を比較した場合、一般的な植物繊維の引張強さ、引張弾性率はガラス繊維等の高強度・高弾性率繊維のそれらの値よりはるかに小さい。これは植物繊維内に多くの構造状の欠陥が存在するためである。例えば、繊維の壁面には壁孔と呼ばれる空隙部が存在する。この空隙部は植物が生育していく過程で水分の水平方向の移動を担うものである。また、植物繊維はストロー状の構造となっており、繊維方向に沿って繊維内に大きな空隙が存在する。この空隙は植物が生育する過程で水分を垂直方向に運ぶためのものである。
【０００６】
第２に、植物繊維の骨格構造を形成するエレメントである次式
【０００７】
【化１】
【０００８】
で表されるセルロースミクロフィブリル（以下、ミクロフィブリル）の配列方向のことが挙げられる。ミクロフィブリルは直鎖状の高分子であるセルロースが一方向に配向した結晶構造のエレメントであり、ミクロフィブリル単体の強度は既存の高強度・高弾性率繊維に匹敵する性能を示す。このミクロフィブリルが全て繊維方向に沿う形で配列していれば、植物繊維の引張性能は最大になるが、実際には約２割のミクロフィブリルが繊維方向と直交する方向に配列している。
【０００９】
そこで、上記の植物繊維の構造状の欠陥を要因とする問題を解決するために、植物繊維の骨格部分、ミクロフィブリルそのものを分離・回収し、樹脂の強化材として利用した複合材料（例えば、特許文献３）が提案されている。
【００１０】
分離・回収したミクロフィブリルはミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）と称される。植物繊維中のセルロース以外の成分（特にリグニン）を薬品で取り除いた後に、水分の共存下で植物繊維内のフィブリル間に、機械的処理によりせん断力を作用させ、ＭＦＣを取り出す手法が一般的である。ＭＦＣは水分と共存する状態で生成される。
【００１１】
ＭＦＣはその原料となる植物繊維と比較して、２桁ほど大きいアスペクト比を有する。一般的に、アスペクト比の大きな繊維を強化材とした方が、複合材の強度性能は向上する。アスペクト比の観点からもＭＦＣは通常の植物繊維よりも優れた補強効果を示すことが期待される。
【特許文献１】特開平５−９２５２７号公報
【特許文献２】特開２００２−６９２０８号公報
【特許文献３】特開２００３−２０１６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＭＦＣは複合材料の強化材として高いポテンシャルを有しているが、その利用は一筋縄にはいかない。樹脂中にＭＦＣを均一に分散した状態で、ＭＦＣと樹脂とを複合化することが難しいためである。
【００１３】
これはＭＦＣがセルロースと呼ばれる多糖より構成されることに起因する。セルロースは多数のヒドロキシル基を有する。ヒドロキシル基は極性の高い官能基であり、この官能基を多数有するセルロースより構成されるＭＦＣは非常に極性の高い、親水性に富む成分となる。
【００１４】
ＭＦＣは製造プロセス上、多量の水分と共存する形で生成される。ＭＦＣと共存する水分を取り除くと、ＭＦＣ同士が凝集し、互いに強固な水素結合を形成する。いったん、水素結合により結びついたＭＦＣ凝集塊を再度、個々の繊維に分離することは極めて難しい。
【００１５】
ＭＦＣを樹脂と複合化する際には、複合化の過程でＭＦＣと共存する水分を除去することが必要となる。ＭＦＣと水分が共存したままでは水分がＭＦＣの非晶領域に浸透し、非晶領域を構成するセルロース分子鎖の結合力が緩まるため、ＭＦＣ自身の強度が低減し、樹脂に対する補強効果が弱まることになる。また、複合材料中の水分がその複合材料の使用過程で抜けると、複合材料が収縮したり、あるいは乾燥に伴う内部応力が発生したりする等の問題が生じる。
【００１６】
したがって、ＭＦＣを樹脂と複合化する際には、ＭＦＣを凝集させずに樹脂中に分散した状態を保ちながら、両者を複合化することがポイントとなる。
【００１７】
しかし、ＭＦＣの凝集発生を防止することは困難である。樹脂の大部分はＭＦＣほどの大きな極性を有しないため、ＭＦＣと樹脂を単純に混合して水分を除去した場合には、ＭＦＣ同士が凝集してしまう。例えば、図４（ａ）はＭＦＣ１と樹脂３とを混合した直後の状態を模式的に示しており、ＭＦＣ１には符号２で表される水分が共存している。この状態から水分２を除去すると、図４（ｂ）に示すように、樹脂３中でＭＦＣ１同士が凝縮する。ＭＦＣ１が樹脂３中に凝集した状態で存在すると、ＭＦＣ１が有する高いアスペクト比を生かすことができず、高い補強効果を期待することができない。
【００１８】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、サーマルリサイクルが可能で、かつ機械的強度に優れた樹脂複合材料を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【００２０】
第１に、本発明の樹脂複合材料は、母材樹脂中に、強化材として表面処理されたミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含有する樹脂複合材料であって、表面処理されたＭＦＣが、親水性樹脂でその表面が被覆されたものである。
【００２１】
第２に、上記第１の発明における親水性樹脂が、ポリビニルアルコールである。
【００２２】
第３に、本発明の樹脂複合材料の製造方法は、ＭＦＣと親水性樹脂とを混合して脱水処理した後、母材樹脂を添加して混合する。
【００２３】
第４に、上記第３の発明の樹脂複合材料の製造方法において、ＭＦＣと親水性樹脂をそれぞれ、前記親水性樹脂を溶解する第１溶剤に添加して脱水、乾燥処理した後、この乾燥物と母材樹脂をそれぞれ、前記母材樹脂を溶解する第２溶剤に添加して攪拌し乾燥する。
【００２４】
第５に、本発明の樹脂複合材料の製造方法は、ＭＦＣと親水性樹脂と母材樹脂をそれぞれ、前記親水性樹脂および前記母材樹脂の両者を溶解する溶剤に添加して攪拌し、これを脱水、乾燥する。
【００２５】
第６に、本発明の樹脂複合材料成形品は、上記第１または第２の発明の樹脂複合材料を成形してなる。
【発明の効果】
【００２６】
上記第１の発明によれば、強化材として表面処理されたＭＦＣが用いられているので、樹脂複合材料の廃棄時の燃焼処理によって熱エネルギーを回収するサーマルリサイクルが可能となる。また、母材樹脂中にＭＦＣが効果的に分散され、ＭＦＣが有する高いアスペクト比を生かした補強効果の高い樹脂複合材料を得ることができる。このような樹脂複合材料は、機械的強度、特に耐衝撃性に優れたものとすることができる。
【００２７】
上記第２の発明によれば、ポリビニルアルコールでその表面が被覆されたＭＦＣを製造する場合に、溶剤として有機溶剤ではなく水を用いることができる。このため、環境にやさしく、しかも安価に生産性よく製造することができる。
【００２８】
上記第３の発明によれば、サーマルリサイクルが可能で、かつ機械的強度に優れた樹脂複合材料を簡便に、しかも効率よく得ることができる。
【００２９】
上記第４の発明によれば、ＭＦＣが母材樹脂中により効果的に分散するので、さらに機械的強度に優れた樹脂複合材料を効果的に得ることができる。
【００３０】
上記第５の発明によれば、ＭＦＣが母材樹脂中に分散した樹脂複合材料を高い生産性で得ることができる。
【００３１】
上記第６の発明によれば、上記の優れた効果を樹脂複合材料成形品として実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の樹脂複合材料は、母材樹脂中に、強化材として表面処理されたミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含有させたものであり、表面処理されたＭＦＣとして、親水性樹脂でＭＦＣの表面が被覆されたものを含有させるものである。
【００３３】
本発明における樹脂複合材料の母材樹脂の種類としては、ＭＦＣを表面処理するためのエマルジョン樹脂を作製可能なものであればよく、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラニン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ乳酸、ポリグリコール酸等の熱可塑性樹脂あるいはデンプン類、アルギン酸等の多糖類等を用いることができる。なかでも、環境面を考慮すると、ポリ乳酸、デンプン類等の植物由来樹脂の使用が好ましい。
【００３４】
本発明は、表面処理されたＭＦＣが用いられる。ＭＦＣは、上述したように従来より知られているものを用いることができ、その原料の種類としては、例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ等の植物由来のものやホヤ等の動物由来のものが挙げられる。環境面、コスト、入手のし易さ等の観点から植物由来のものを用いることが好ましい。このＭＦＣは一般的にはその直径が１０〜８００ｎｍ程度であり、アスペクト比は、原料の解繊プロセスでの繊維切断度合いに大きく依存するが、例えば５０〜５０００００の範囲、特には５０〜５０００の範囲のものを考慮することができる。なお、ＭＦＣは上述したように製造プロセス上、多量の水分と共存する形で生成されている。
【００３５】
ＭＦＣは、例えば樹脂複合材料中に重量比で１〜９９％の割合で含有され、必要とする樹脂複合材料の強度に応じて、その含有率が適宜に設定される。混練機による樹脂複合材料の混練時において、スクリュー、ローター等への負荷を考慮すると一般的には１〜７０％の割合で含有されることが考慮されるが、好ましくは１０〜２０％の割合である。
【００３６】
表面処理されたＭＦＣは、親水性樹脂でＭＦＣの表面の一部または全部が被覆されているものである。ＭＦＣは極性の高い親水性の繊維である。このため、ＭＦＣの表面と親水性樹脂との間は強固な結合が形成される。本発明における親水性樹脂として、例えば、ポリビニルアルコールあるいは澱粉、キトサン、アルギン酸等の天然物由来の親水性樹脂を例示することができる。なかでもポリビニルアルコールが好ましい。表面処理されたＭＦＣを製造する際に溶剤として有機溶剤ではなく水を用いることができるからである。しかも、安価に入手でき、取扱い性も良好である。このため、環境にやさしく、しかも安価に生産性よく製造することができる。また、ポリビニルアルコールは生分解性を有するため、母材樹脂として生分解性樹脂を使用すれば、樹脂複合材料自体に生分解性を付与できる。
【００３７】
ＭＦＣの表面処理は、後述するが、例えば、親水性樹脂とＭＦＣとを混合、攪拌することでＭＦＣの表面を被覆することができる。このときの被覆された親水性樹脂はＭＦＣ（全乾）に対して重量比で２０〜７０％の割合にあることが考慮される。２０％未満ではＭＦＣ間の凝集を十分に抑制することができない場合があるので好ましくない。７０％を超えると親水性樹脂と母材樹脂との結合強度（界面強度）の影響により、得られる樹脂複合材料の強度が低下する場合があるので好ましくない。
【００３８】
このような表面処理されたＭＦＣは、それを用いて樹脂複合材料を製造する際、ＭＦＣに共存する水分を除去しても、その表面が親水性樹脂で被覆されているためにＭＦＣ同士で凝集せずに母材樹脂中に効果的に分散する。一方で、親水性樹脂の一部が母材樹脂中に分散する。そして、このような樹脂複合材料においては、ＭＦＣの表面を被覆している親水性樹脂と母材樹脂との結合強度の影響よりも、母材樹脂中に分散しているＭＦＣによる補強効果の方が大きいため、樹脂複合材料を成形して得られる成形品は、補強効果が高く、機械的強度に優れたものとすることができる。
【００３９】
次に、本発明の樹脂複合材料の製造方法について説明する。
【００４０】
本発明は、まず、ＭＦＣと親水性樹脂とを混合して脱水処理する。この混合により、ＭＦＣの表面に親水性樹脂を被覆させる。脱水処理は、例えば、加熱、乾燥させることにより、ＭＦＣ同士を凝集させることなくＭＦＣに共存する水分を除去することができる。脱水処理後は、樹脂複合材料を構成する母材樹脂をさらに添加し、これらを混合して樹脂複合材料を得る。混合は、樹脂複合材料の混練機として一般的に用いられているものを用いることができ、例えば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダー、二軸混練押出機等の各種の混練機を用いることができる。なかでも、ＭＦＣ表面の親水性樹脂の被覆、脱水処理およびその後の母材樹脂との混練を効率よく行うことができることから、二軸混練押出機を用いることが好ましい。二軸混練押出機におけるスクリューの回転方向は異方向、同方向回転のいずれでもよく、また、スクリューの噛み合いも、完全噛み合い型、不完全噛み合い型、非噛み合い型等の種類があるがいずれの型でもよく特に制限されるものではない。スクリューの回転速度は、例えば５０〜４００ｒｐｍの範囲とすることができ、混練温度は一般的には１２０〜２００℃の範囲が考慮される。
【００４１】
図１（ａ）はセグメントＮｏ．１〜Ｎｏ．８からなる二軸混練押出機を模式的に表した側面図であり、図１（ｂ）は得られる樹脂複合材料の樹脂材料中のＭＦＣの混合状態を模式的に示した図である。二軸混練押出機を用いたときの樹脂複合材料の製造方法を図１に基づいて説明する。
【００４２】
二軸混練押出機のセグメントＮｏ．１の位置でＭＦＣと親水性樹脂を投入し、スクリューの回転により両者を混練する。この混練によりＭＦＣの表面が親水性樹脂で被覆され、セグメントＮｏ．６までの混練過程でＭＦＣに共存する水分が蒸発する。そして、セグメントＮｏ．６の位置で母材樹脂を投入して混練することにより、親水性樹脂４でその表面が被覆されたＭＦＣ１と母材樹脂３１とが複合化した樹脂複合材料を得る（図１（ｂ））。得られた樹脂複合材料を射出成形、押出成形、圧縮成形等で成形することにより、所定形状の樹脂複合材料成形品を製造することができる。
【００４３】
図２は、別の実施形態の製造工程を模式的に表した図である。この実施形態では、まず、親水性樹脂４を溶解する第１溶剤を入れたビーカーにＭＦＣ１と親水性樹脂４をそれぞれ添加して攪拌する。次いでこれを脱水、乾燥することにより、ＭＦＣと共存する水分および第１溶剤が除去され、親水性樹脂４でその表面が被覆されたＭＦＣ１を得る。さらに、この親水性樹脂４でその表面が被覆されたＭＦＣ１および母材樹脂３１を、前記母材樹脂３１を溶解する第２溶剤を入れたビーカーにそれぞれ添加して攪拌した後、これを乾燥することにより第２溶剤が除去され、母材樹脂３１中に親水性樹脂４でその表面が被覆されたＭＦＣ１を含有する樹脂複合材料を得る。この実施形態では、ＭＦＣと共存する水分の除去、および親水性樹脂によるＭＦＣの表面の被覆が確実に行われる。このため、ＭＦＣ同士が凝集することなく、母材樹脂中にさらに効果的に分散し、より一層機械的強度を向上させる。この方法において、第１溶剤中のＭＦＣ濃度を低く設定することにより、ＭＦＣの分散を促進して、ＭＦＣと親水性樹脂との均一な混合が可能となる。結果として、ＭＦＣの表面が親水性樹脂で均一に被覆され、母材樹脂中に効果的に分散することになる。
【００４４】
親水性樹脂を溶解する第１溶剤および母材樹脂を溶解する第２溶剤の種類は、それぞれ親水性樹脂および母材樹脂の種類に応じて適宜に選択される。例えば、後述する実施例のように親水性樹脂としてポリビニルアルコールを用いる場合には第１溶剤として水を用いることができるほかクロロホルムを用いることができる。親水性樹脂としてキトサンを用いる場合には第１溶剤として酢酸溶液を、アルギン酸を用いる場合にはナトリウム、カリウム等の１価陽イオンと塩を形成させた水溶液を用いることができる。母材樹脂としてポリ乳酸を用いた場合にはクロロホルムを用いることができる。あるいはクロロホルムの代わりにジクロロメタン、アセトン、ベンゼン、酢酸エチル等の有機溶剤であってもよい。
【００４５】
図３は、さらに別の実施形態の製造工程を模式的に表した図である。この実施形態では、親水性樹脂４および母材樹脂３１を溶解する溶剤を入れたビーカーにＭＦＣ１と親水性樹脂４と母材樹脂３１をそれぞれ添加して攪拌する。次いでこれを脱水、乾燥することにより、ＭＦＣ１と共存する水分および溶剤が除去され、母材樹脂３１中に親水性樹脂４でその表面が被覆されたＭＦＣ１を含有する樹脂複合材料を得る。この方法においても、溶剤中のＭＦＣ濃度を低く設定することにより、ＭＦＣの分散を促進して、ＭＦＣと親水性樹脂との均一な混合が可能となる。結果として、ＭＦＣの表面が親水性樹脂で均一に被覆され、母材樹脂中に効果的に分散することになる。この実施形態では、一度の攪拌プロセスで樹脂複合材料を得ることができるので生産性が高い。
【００４６】
親水性樹脂および母材樹脂を溶解する溶剤の種類としては、親水性樹脂および母材樹脂の種類に応じて適宜に選択される。例えば、後述する実施例のように親水性樹脂としてポリビニルアルコール、母材樹脂としてポリ乳酸を用いた場合には溶剤としてクロロホルム、ジクロロメタン等を用いることができる。
【００４７】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【実施例】
【００４８】
＜実施例１＞
ＭＦＣ（ダイセル化学工業（株）製、セリッシュ ＫＹ−１００Ｇ、固形分：１０ｗｔ％）４００ｇと親水性樹脂としてポリビニルアルコール（日本合成化学工業(株)製、ゴーセノール ＧＬ−０３）２００ｇを図１に示すセグメントＮｏ．１の位置で投入した。ＭＦＣと共存する水分をセグメントＮｏ．３，４で取り除き（水蒸気として）、セグメントＮｏ．６の位置で母材樹脂として植物由来樹脂であるポリ乳酸ペレット（三井化学（株）製、ＬＡＣＥＡ Ｈ−１００）を１４００ｇ投入して混練した。
【００４９】
混練条件は混練温度１８０℃、送り速度３．２ｋｇ／ｈｒ、スクリュー回転速度８０ｒｐｍとした。
【００５０】
混練処理を終えたコンパウンドをペレタイザーにて裁断し、長さ５ｍｍのペレットを調製した。得られたペレットを１０５℃のオーブン（エスペック（株）製、ＰＶ−２２０）内にて恒量に達するまで乾燥した。
【００５１】
上記で得られたペレットをステンレス枠内に配置し、圧縮成形を行った。圧縮成形機（ＡＳＦＶ−２５、（株）神藤金属工業所）を使用し、真空下で成形した。型枠内を充てんするために必要なサンプル量の１．１倍のコンパウンドを圧縮成形した。曲げ性能、耐衝撃性評価用に寸法の異なる２種類の成形物を作成し、それぞれの成形物から所定寸法の試験体を所定本数切り出した。
成形条件、成形物の寸法、試験体の寸法と本数および評価の準拠規格を表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
＜実施例２＞
３Ｌ容ビーカーに水２０００ｇとともにＭＦＣ（ダイセル化学工業（株）製、セリッシュ ＫＹ−１００Ｇ、固形分：１０ｗｔ％）２０ｇ（全乾量）と親水性樹脂としてポリビニルアルコール（日本合成化学工業(株)製、ゴーセノール ＧＬ−０３）１０ｇを投入し、攪拌機（Ｔ．Ｋ． ホモディスパー、特殊機化工業（株）製、ｆ−Ｍｏｄｅｌ）により３時間攪拌処理した。回転数は１０００ｒｐｍとした。水温は始めの１０分間は常温とし、この間にポリビニルアルコールを徐々に投入し水中に分散させた。その後、８０℃に昇温した状態で攪拌処理を実施した。
【００５４】
混合溶液をバット内に流し込み、１０５℃のオーブン（エスペック（株）製、ＰＶ−２２０）で恒量に達するまで乾燥した。結果としてフィルム状のＭＦＣ／ポリビニルアルコール混合物を得た。得られた混合物を１０ｍｍ角程度の寸法に裁断し、次の工程に供した。
【００５５】
続いて、２Ｌ容ビーカーにクロロホルム１０００ｇを入れ、上記で得られた混合物、および、母材樹脂となる植物由来樹脂であるポリ乳酸ペレット（三井化学（株）製、ＬＡＣＥＡ Ｈ−１００）を７０ｇ投入した。攪拌機（Ｔ．Ｋ． ホモディスパー、特殊機化工業（株）製、ｆ−Ｍｏｄｅｌ）により３時間攪拌処理した。回転数は１０００ｒｐｍとし、液温は終始常温とした。
【００５６】
混合溶液をバット内に流し込み、６５℃にて減圧乾燥し、溶剤として使用したクロロホルムを除去した。
【００５７】
得られた混合物を粉砕機（マグナムブレンダー、ＭＢ−９１１）により粉砕し、５ｍｍ角以上のコンパウンドがない状態にした。
【００５８】
得られたペレットで実施例１と同様に曲げ性能、耐衝撃性評価用の試験体を作成した。
＜実施例３＞
２Ｌ容ビーカーにクロロホルム１０００ｇとともにＭＦＣ（ダイセル化学工業（株）製、セリッシュ ＫＹ−１００Ｇ、固形分：１０ｗｔ％）２０ｇ（全乾量）と親水性樹脂としてポリビニルアルコール（日本合成化学工業(株)製、ゴーセノール ＧＬ−０３）１０ｇ、および、母材樹脂となる植物由来樹脂であるポリ乳酸ペレット（三井化学（株）製、ＬＡＣＥＡ Ｈ−１００）７０ｇを投入し、攪拌機（Ｔ．Ｋ． ホモディスパー、特殊機化工業（株）製、ｆ−Ｍｏｄｅｌ）により３時間攪拌処理した。回転数は１０００ｒｐｍとした。液温は攪拌処理中、終始常温とした。
【００５９】
混合溶液をバット内に流し込み、６５℃にて減圧乾燥し、溶剤として使用したクロロホルムおよび水分の一部を除去した後、１０５℃のオーブン（エスペック（株）製、ＰＶ−２２０）で送風乾燥し、残存する水分を完全に除去した。
【００６０】
得られた混合物を粉砕機（マグナムブレンダー、ＭＢ−９１１）により粉砕し、５ｍｍ角以上のコンパウンドがない状態にした。
【００６１】
得られたペレットで実施例１と同様に曲げ性能、耐衝撃性評価用の試験体を作成した。
＜比較例１＞
ポリ乳酸ペレット（三井化学（株）製、ＬＡＣＥＡ Ｈ−１００）のみで実施例１と同様に曲げ性能、耐衝撃性評価用の試験体を作成した。
＜比較例２＞
ポリビニルアルコール（日本合成化学工業(株)製、ゴーセノール ＧＬ−０３）のみで実施例１と同様に曲げ性能、耐衝撃性評価用の試験体を作成した。
＜比較例３＞
ＭＦＣ（ダイセル化学工業（株）製、セリッシュ ＫＹ−１００Ｇ、固形分：１０ｗｔ％）４００ｇと母材樹脂として植物由来樹脂であるポリ乳酸ペレット（三井化学（株）製、ＬＡＣＥＡ Ｈ−１００）１６００ｇを図１に示すセグメントＮｏ．１の位置で投入して混練した。ＭＦＣと共存する水分を水蒸気としてセグメントＮｏ．３，４で除去した。
【００６２】
混練条件は混練温度１８０℃、送り速度３．２ｋｇ／ｈｒ、スクリュー回転速度８０ｒｐｍとした。
【００６３】
混練処理を終えたコンパウンドをペレタイザーにて裁断し、長さ５ｍｍのペレットを調製した。得られたペレットを１０５℃のオーブン（エスペック（株）製、ＰＶ−２２０）内にて恒量に達するまで乾燥した。
【００６４】
得られたペレットで実施例１と同様に曲げ性能、耐衝撃性評価用の試験体を作成した。
【００６５】
実施例１〜３および比較例１〜３で作成した試験体について、曲げ性能、耐衝撃性を評価した。試験体におけるＭＦＣ、ポリ乳酸エマルジョンおよびポリ乳酸ペレットの含有率とともに、曲げ性能、耐衝撃性の評価結果を表２に示す。なお、熱変形温度は負荷応力０．４５ＭＰａにて評価した。
【００６６】
【表２】
【００６７】
表２の結果より、ＭＦＣと親水性樹脂を混合して得た試験体（実施例１〜３）の曲げ弾性率、曲げ強さ、アイゾット衝撃値がポリ乳酸のみの試験体（比較例１）、ポリビニルアルコールのみの試験体（比較例２）、親水性樹脂を混合していない試験体（比較例３）に比べて高いことが確認できた。特に溶剤中で親水性樹脂とＭＦＣとを混合するプロセスを経ることで（実施例２）、曲げ弾性率、曲げ強さ、アイゾット衝撃値がより向上することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】（ａ）は二軸混練押出機を模式的に表した側面図であり、樹脂複合材料の製造方法を説明するための図である。（ｂ）は樹脂材料中のＭＦＣの混合状態を模式的に示した図である。
【図２】樹脂複合材料の製造方法について、別の実施形態の製造工程を模式的に表した図である。
【図３】樹脂複合材料の製造方法について、さらに別の実施形態の製造工程を模式的に表した図である。
【図４】（ａ）はＭＦＣと樹脂とを混合した直後の状態を模式的に示しており、（ｂ）は水分を除去した後の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）
３ 樹脂
３１ 母材樹脂
４ 親水性樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂複合材料とその製造方法、および樹脂複合材料成形品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化プラスチックに含有される強化材としては、優れた強度を有するガラス繊維が用いられてきた。しかし、このガラス繊維を用いた繊維強化プラスチックを燃焼させて熱エネルギーを回収するサーマルリサイクルを行う場合には、ガラス繊維が不燃物であるために、燃焼炉を損傷したり、燃焼効率が低くなる等の問題点があった。また、焼却後の残渣が多くなるという問題点もあった。このため、実際には繊維強化プラスチックのサーマルリサイクルはほとんど行われず、主として埋め立てて廃棄されているのが現状である。
【０００３】
このような問題に対処するために、強化材として植物繊維を用いた複合材料が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
しかしながら、上記のような植物繊維を強化繊維として用いても、十分な補強効果が発揮されていない。この点についてはいくつかの要因が考えられる。
【０００５】
例えば、第１に、植物繊維そのものが強化材として必ずしも適した構造を有さないことである。引張性能を比較した場合、一般的な植物繊維の引張強さ、引張弾性率はガラス繊維等の高強度・高弾性率繊維のそれらの値よりはるかに小さい。これは植物繊維内に多くの構造状の欠陥が存在するためである。例えば、繊維の壁面には壁孔と呼ばれる空隙部が存在する。この空隙部は植物が生育していく過程で水分の水平方向の移動を担うものである。また、植物繊維はストロー状の構造となっており、繊維方向に沿って繊維内に大きな空隙が存在する。この空隙は植物が生育する過程で水分を垂直方向に運ぶためのものである。
【０００６】
第２に、植物繊維の骨格構造を形成するエレメントである次式
【０００７】
【化１】
【０００８】
で表されるセルロースミクロフィブリル（以下、ミクロフィブリル）の配列方向のことが挙げられる。ミクロフィブリルは直鎖状の高分子であるセルロースが一方向に配向した結晶構造のエレメントであり、ミクロフィブリル単体の強度は既存の高強度・高弾性率繊維に匹敵する性能を示す。このミクロフィブリルが全て繊維方向に沿う形で配列していれば、植物繊維の引張性能は最大になるが、実際には約２割のミクロフィブリルが繊維方向と直交する方向に配列している。
【０００９】
そこで、上記の植物繊維の構造状の欠陥を要因とする問題を解決するために、植物繊維の骨格部分、ミクロフィブリルそのものを分離・回収し、樹脂の強化材として利用した複合材料（例えば、特許文献３）が提案されている。
【００１０】
分離・回収したミクロフィブリルはミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）と称される。植物繊維中のセルロース以外の成分（特にリグニン）を薬品で取り除いた後に、水分の共存下で植物繊維内のフィブリル間に、機械的処理によりせん断力を作用させ、ＭＦＣを取り出す手法が一般的である。ＭＦＣは水分と共存する状態で生成される。
【００１１】
ＭＦＣはその原料となる植物繊維と比較して、２桁ほど大きいアスペクト比を有する。一般的に、アスペクト比の大きな繊維を強化材とした方が、複合材の強度性能は向上する。アスペクト比の観点からもＭＦＣは通常の植物繊維よりも優れた補強効果を示すことが期待される。
【特許文献１】特開平５−９２５２７号公報
【特許文献２】特開２００２−６９２０８号公報
【特許文献３】特開２００３−２０１６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＭＦＣは複合材料の強化材として高いポテンシャルを有しているが、その利用は一筋縄にはいかない。樹脂中にＭＦＣを均一に分散した状態で、ＭＦＣと樹脂とを複合化することが難しいためである。
【００１３】
これはＭＦＣがセルロースと呼ばれる多糖より構成されることに起因する。セルロースは多数のヒドロキシル基を有する。ヒドロキシル基は極性の高い官能基であり、この官能基を多数有するセルロースより構成されるＭＦＣは非常に極性の高い、親水性に富む成分となる。
【００１４】
ＭＦＣは製造プロセス上、多量の水分と共存する形で生成される。ＭＦＣと共存する水分を取り除くと、ＭＦＣ同士が凝集し、互いに強固な水素結合を形成する。いったん、水素結合により結びついたＭＦＣ凝集塊を再度、個々の繊維に分離することは極めて難しい。
【００１５】
ＭＦＣを樹脂と複合化する際には、複合化の過程でＭＦＣと共存する水分を除去することが必要となる。ＭＦＣと水分が共存したままでは水分がＭＦＣの非晶領域に浸透し、非晶領域を構成するセルロース分子鎖の結合力が緩まるため、ＭＦＣ自身の強度が低減し、樹脂に対する補強効果が弱まることになる。また、複合材料中の水分がその複合材料の使用過程で抜けると、複合材料が収縮したり、あるいは乾燥に伴う内部応力が発生したりする等の問題が生じる。
【００１６】
したがって、ＭＦＣを樹脂と複合化する際には、ＭＦＣを凝集させずに樹脂中に分散した状態を保ちながら、両者を複合化することがポイントとなる。
【００１７】
しかし、ＭＦＣの凝集発生を防止することは困難である。樹脂の大部分はＭＦＣほどの大きな極性を有しないため、ＭＦＣと樹脂を単純に混合して水分を除去した場合には、ＭＦＣ同士が凝集してしまう。例えば、図４（ａ）はＭＦＣ１と樹脂３とを混合した直後の状態を模式的に示しており、ＭＦＣ１には符号２で表される水分が共存している。この状態から水分２を除去すると、図４（ｂ）に示すように、樹脂３中でＭＦＣ１同士が凝縮する。ＭＦＣ１が樹脂３中に凝集した状態で存在すると、ＭＦＣ１が有する高いアスペクト比を生かすことができず、高い補強効果を期待することができない。
【００１８】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、サーマルリサイクルが可能で、かつ機械的強度に優れた樹脂複合材料を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【００２０】
第１に、本発明の樹脂複合材料は、母材樹脂中に、強化材として表面処理されたミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含有する樹脂複合材料であって、表面処理されたＭＦＣが、親水性樹脂でその表面が被覆されたものである。
【００２１】
第２に、上記第１の発明における親水性樹脂が、ポリビニルアルコールである。
【００２２】
第３に、本発明の樹脂複合材料の製造方法は、ＭＦＣと親水性樹脂とを混合して脱水処理した後、母材樹脂を添加して混合する。
【００２３】
第４に、上記第３の発明の樹脂複合材料の製造方法において、ＭＦＣと親水性樹脂をそれぞれ、前記親水性樹脂を溶解する第１溶剤に添加して脱水、乾燥処理した後、この乾燥物と母材樹脂をそれぞれ、前記母材樹脂を溶解する第２溶剤に添加して攪拌し乾燥する。
【００２４】
第５に、本発明の樹脂複合材料の製造方法は、ＭＦＣと親水性樹脂と母材樹脂をそれぞれ、前記親水性樹脂および前記母材樹脂の両者を溶解する溶剤に添加して攪拌し、これを脱水、乾燥する。
【００２５】
第６に、本発明の樹脂複合材料成形品は、上記第１または第２の発明の樹脂複合材料を成形してなる。
【発明の効果】
【００２６】
上記第１の発明によれば、強化材として表面処理されたＭＦＣが用いられているので、樹脂複合材料の廃棄時の燃焼処理によって熱エネルギーを回収するサーマルリサイクルが可能となる。また、母材樹脂中にＭＦＣが効果的に分散され、ＭＦＣが有する高いアスペクト比を生かした補強効果の高い樹脂複合材料を得ることができる。このような樹脂複合材料は、機械的強度、特に耐衝撃性に優れたものとすることができる。
【００２７】
上記第２の発明によれば、ポリビニルアルコールでその表面が被覆されたＭＦＣを製造する場合に、溶剤として有機溶剤ではなく水を用いることができる。このため、環境にやさしく、しかも安価に生産性よく製造することができる。
【００２８】
上記第３の発明によれば、サーマルリサイクルが可能で、かつ機械的強度に優れた樹脂複合材料を簡便に、しかも効率よく得ることができる。
【００２９】
上記第４の発明によれば、ＭＦＣが母材樹脂中により効果的に分散するので、さらに機械的強度に優れた樹脂複合材料を効果的に得ることができる。
【００３０】
上記第５の発明によれば、ＭＦＣが母材樹脂中に分散した樹脂複合材料を高い生産性で得ることができる。
【００３１】
上記第６の発明によれば、上記の優れた効果を樹脂複合材料成形品として実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の樹脂複合材料は、母材樹脂中に、強化材として表面処理されたミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含有させたものであり、表面処理されたＭＦＣとして、親水性樹脂でＭＦＣの表面が被覆されたものを含有させるものである。
【００３３】
本発明における樹脂複合材料の母材樹脂の種類としては、ＭＦＣを表面処理するためのエマルジョン樹脂を作製可能なものであればよく、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラニン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ乳酸、ポリグリコール酸等の熱可塑性樹脂あるいはデンプン類、アルギン酸等の多糖類等を用いることができる。なかでも、環境面を考慮すると、ポリ乳酸、デンプン類等の植物由来樹脂の使用が好ましい。
【００３４】
本発明は、表面処理されたＭＦＣが用いられる。ＭＦＣは、上述したように従来より知られているものを用いることができ、その原料の種類としては、例えば、木材、竹、麻、ジュート、ケナフ等の植物由来のものやホヤ等の動物由来のものが挙げられる。環境面、コスト、入手のし易さ等の観点から植物由来のものを用いることが好ましい。このＭＦＣは一般的にはその直径が１０〜８００ｎｍ程度であり、アスペクト比は、原料の解繊プロセスでの繊維切断度合いに大きく依存するが、例えば５０〜５０００００の範囲、特には５０〜５０００の範囲のものを考慮することができる。なお、ＭＦＣは上述したように製造プロセス上、多量の水分と共存する形で生成されている。
【００３５】
ＭＦＣは、例えば樹脂複合材料中に重量比で１〜９９％の割合で含有され、必要とする樹脂複合材料の強度に応じて、その含有率が適宜に設定される。混練機による樹脂複合材料の混練時において、スクリュー、ローター等への負荷を考慮すると一般的には１〜７０％の割合で含有されることが考慮されるが、好ましくは１０〜２０％の割合である。
【００３６】
表面処理されたＭＦＣは、親水性樹脂でＭＦＣの表面の一部または全部が被覆されているものである。ＭＦＣは極性の高い親水性の繊維である。このため、ＭＦＣの表面と親水性樹脂との間は強固な結合が形成される。本発明における親水性樹脂として、例えば、ポリビニルアルコールあるいは澱粉、キトサン、アルギン酸等の天然物由来の親水性樹脂を例示することができる。なかでもポリビニルアルコールが好ましい。表面処理されたＭＦＣを製造する際に溶剤として有機溶剤ではなく水を用いることができるからである。しかも、安価に入手でき、取扱い性も良好である。このため、環境にやさしく、しかも安価に生産性よく製造することができる。また、ポリビニルアルコールは生分解性を有するため、母材樹脂として生分解性樹脂を使用すれば、樹脂複合材料自体に生分解性を付与できる。
【００３７】
ＭＦＣの表面処理は、後述するが、例えば、親水性樹脂とＭＦＣとを混合、攪拌することでＭＦＣの表面を被覆することができる。このときの被覆された親水性樹脂はＭＦＣ（全乾）に対して重量比で２０〜７０％の割合にあることが考慮される。２０％未満ではＭＦＣ間の凝集を十分に抑制することができない場合があるので好ましくない。７０％を超えると親水性樹脂と母材樹脂との結合強度（界面強度）の影響により、得られる樹脂複合材料の強度が低下する場合があるので好ましくない。
【００３８】
このような表面処理されたＭＦＣは、それを用いて樹脂複合材料を製造する際、ＭＦＣに共存する水分を除去しても、その表面が親水性樹脂で被覆されているためにＭＦＣ同士で凝集せずに母材樹脂中に効果的に分散する。一方で、親水性樹脂の一部が母材樹脂中に分散する。そして、このような樹脂複合材料においては、ＭＦＣの表面を被覆している親水性樹脂と母材樹脂との結合強度の影響よりも、母材樹脂中に分散しているＭＦＣによる補強効果の方が大きいため、樹脂複合材料を成形して得られる成形品は、補強効果が高く、機械的強度に優れたものとすることができる。
【００３９】
次に、本発明の樹脂複合材料の製造方法について説明する。
【００４０】
本発明は、まず、ＭＦＣと親水性樹脂とを混合して脱水処理する。この混合により、ＭＦＣの表面に親水性樹脂を被覆させる。脱水処理は、例えば、加熱、乾燥させることにより、ＭＦＣ同士を凝集させることなくＭＦＣに共存する水分を除去することができる。脱水処理後は、樹脂複合材料を構成する母材樹脂をさらに添加し、これらを混合して樹脂複合材料を得る。混合は、樹脂複合材料の混練機として一般的に用いられているものを用いることができ、例えば、ロール、バンバリーミキサー、ニーダー、二軸混練押出機等の各種の混練機を用いることができる。なかでも、ＭＦＣ表面の親水性樹脂の被覆、脱水処理およびその後の母材樹脂との混練を効率よく行うことができることから、二軸混練押出機を用いることが好ましい。二軸混練押出機におけるスクリューの回転方向は異方向、同方向回転のいずれでもよく、また、スクリューの噛み合いも、完全噛み合い型、不完全噛み合い型、非噛み合い型等の種類があるがいずれの型でもよく特に制限されるものではない。スクリューの回転速度は、例えば５０〜４００ｒｐｍの範囲とすることができ、混練温度は一般的には１２０〜２００℃の範囲が考慮される。
【００４１】
図１（ａ）はセグメントＮｏ．１〜Ｎｏ．８からなる二軸混練押出機を模式的に表した側面図であり、図１（ｂ）は得られる樹脂複合材料の樹脂材料中のＭＦＣの混合状態を模式的に示した図である。二軸混練押出機を用いたときの樹脂複合材料の製造方法を図１に基づいて説明する。
【００４２】
二軸混練押出機のセグメントＮｏ．１の位置でＭＦＣと親水性樹脂を投入し、スクリューの回転により両者を混練する。この混練によりＭＦＣの表面が親水性樹脂で被覆され、セグメントＮｏ．６までの混練過程でＭＦＣに共存する水分が蒸発する。そして、セグメントＮｏ．６の位置で母材樹脂を投入して混練することにより、親水性樹脂４でその表面が被覆されたＭＦＣ１と母材樹脂３１とが複合化した樹脂複合材料を得る（図１（ｂ））。得られた樹脂複合材料を射出成形、押出成形、圧縮成形等で成形することにより、所定形状の樹脂複合材料成形品を製造することができる。
【００４３】
図２は、別の実施形態の製造工程を模式的に表した図である。この実施形態では、まず、親水性樹脂４を溶解する第１溶剤を入れたビーカーにＭＦＣ１と親水性樹脂４をそれぞれ添加して攪拌する。次いでこれを脱水、乾燥することにより、ＭＦＣと共存する水分および第１溶剤が除去され、親水性樹脂４でその表面が被覆されたＭＦＣ１を得る。さらに、この親水性樹脂４でその表面が被覆されたＭＦＣ１および母材樹脂３１を、前記母材樹脂３１を溶解する第２溶剤を入れたビーカーにそれぞれ添加して攪拌した後、これを乾燥することにより第２溶剤が除去され、母材樹脂３１中に親水性樹脂４でその表面が被覆されたＭＦＣ１を含有する樹脂複合材料を得る。この実施形態では、ＭＦＣと共存する水分の除去、および親水性樹脂によるＭＦＣの表面の被覆が確実に行われる。このため、ＭＦＣ同士が凝集することなく、母材樹脂中にさらに効果的に分散し、より一層機械的強度を向上させる。この方法において、第１溶剤中のＭＦＣ濃度を低く設定することにより、ＭＦＣの分散を促進して、ＭＦＣと親水性樹脂との均一な混合が可能となる。結果として、ＭＦＣの表面が親水性樹脂で均一に被覆され、母材樹脂中に効果的に分散することになる。
【００４４】
親水性樹脂を溶解する第１溶剤および母材樹脂を溶解する第２溶剤の種類は、それぞれ親水性樹脂および母材樹脂の種類に応じて適宜に選択される。例えば、後述する実施例のように親水性樹脂としてポリビニルアルコールを用いる場合には第１溶剤として水を用いることができるほかクロロホルムを用いることができる。親水性樹脂としてキトサンを用いる場合には第１溶剤として酢酸溶液を、アルギン酸を用いる場合にはナトリウム、カリウム等の１価陽イオンと塩を形成させた水溶液を用いることができる。母材樹脂としてポリ乳酸を用いた場合にはクロロホルムを用いることができる。あるいはクロロホルムの代わりにジクロロメタン、アセトン、ベンゼン、酢酸エチル等の有機溶剤であってもよい。
【００４５】
図３は、さらに別の実施形態の製造工程を模式的に表した図である。この実施形態では、親水性樹脂４および母材樹脂３１を溶解する溶剤を入れたビーカーにＭＦＣ１と親水性樹脂４と母材樹脂３１をそれぞれ添加して攪拌する。次いでこれを脱水、乾燥することにより、ＭＦＣ１と共存する水分および溶剤が除去され、母材樹脂３１中に親水性樹脂４でその表面が被覆されたＭＦＣ１を含有する樹脂複合材料を得る。この方法においても、溶剤中のＭＦＣ濃度を低く設定することにより、ＭＦＣの分散を促進して、ＭＦＣと親水性樹脂との均一な混合が可能となる。結果として、ＭＦＣの表面が親水性樹脂で均一に被覆され、母材樹脂中に効果的に分散することになる。この実施形態では、一度の攪拌プロセスで樹脂複合材料を得ることができるので生産性が高い。
【００４６】
親水性樹脂および母材樹脂を溶解する溶剤の種類としては、親水性樹脂および母材樹脂の種類に応じて適宜に選択される。例えば、後述する実施例のように親水性樹脂としてポリビニルアルコール、母材樹脂としてポリ乳酸を用いた場合には溶剤としてクロロホルム、ジクロロメタン等を用いることができる。
【００４７】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【実施例】
【００４８】
＜実施例１＞
ＭＦＣ（ダイセル化学工業（株）製、セリッシュ ＫＹ−１００Ｇ、固形分：１０ｗｔ％）４００ｇと親水性樹脂としてポリビニルアルコール（日本合成化学工業(株)製、ゴーセノール ＧＬ−０３）２００ｇを図１に示すセグメントＮｏ．１の位置で投入した。ＭＦＣと共存する水分をセグメントＮｏ．３，４で取り除き（水蒸気として）、セグメントＮｏ．６の位置で母材樹脂として植物由来樹脂であるポリ乳酸ペレット（三井化学（株）製、ＬＡＣＥＡ Ｈ−１００）を１４００ｇ投入して混練した。
【００４９】
混練条件は混練温度１８０℃、送り速度３．２ｋｇ／ｈｒ、スクリュー回転速度８０ｒｐｍとした。
【００５０】
混練処理を終えたコンパウンドをペレタイザーにて裁断し、長さ５ｍｍのペレットを調製した。得られたペレットを１０５℃のオーブン（エスペック（株）製、ＰＶ−２２０）内にて恒量に達するまで乾燥した。
【００５１】
上記で得られたペレットをステンレス枠内に配置し、圧縮成形を行った。圧縮成形機（ＡＳＦＶ−２５、（株）神藤金属工業所）を使用し、真空下で成形した。型枠内を充てんするために必要なサンプル量の１．１倍のコンパウンドを圧縮成形した。曲げ性能、耐衝撃性評価用に寸法の異なる２種類の成形物を作成し、それぞれの成形物から所定寸法の試験体を所定本数切り出した。
成形条件、成形物の寸法、試験体の寸法と本数および評価の準拠規格を表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
＜実施例２＞
３Ｌ容ビーカーに水２０００ｇとともにＭＦＣ（ダイセル化学工業（株）製、セリッシュ ＫＹ−１００Ｇ、固形分：１０ｗｔ％）２０ｇ（全乾量）と親水性樹脂としてポリビニルアルコール（日本合成化学工業(株)製、ゴーセノール ＧＬ−０３）１０ｇを投入し、攪拌機（Ｔ．Ｋ． ホモディスパー、特殊機化工業（株）製、ｆ−Ｍｏｄｅｌ）により３時間攪拌処理した。回転数は１０００ｒｐｍとした。水温は始めの１０分間は常温とし、この間にポリビニルアルコールを徐々に投入し水中に分散させた。その後、８０℃に昇温した状態で攪拌処理を実施した。
【００５４】
混合溶液をバット内に流し込み、１０５℃のオーブン（エスペック（株）製、ＰＶ−２２０）で恒量に達するまで乾燥した。結果としてフィルム状のＭＦＣ／ポリビニルアルコール混合物を得た。得られた混合物を１０ｍｍ角程度の寸法に裁断し、次の工程に供した。
【００５５】
続いて、２Ｌ容ビーカーにクロロホルム１０００ｇを入れ、上記で得られた混合物、および、母材樹脂となる植物由来樹脂であるポリ乳酸ペレット（三井化学（株）製、ＬＡＣＥＡ Ｈ−１００）を７０ｇ投入した。攪拌機（Ｔ．Ｋ． ホモディスパー、特殊機化工業（株）製、ｆ−Ｍｏｄｅｌ）により３時間攪拌処理した。回転数は１０００ｒｐｍとし、液温は終始常温とした。
【００５６】
混合溶液をバット内に流し込み、６５℃にて減圧乾燥し、溶剤として使用したクロロホルムを除去した。
【００５７】
得られた混合物を粉砕機（マグナムブレンダー、ＭＢ−９１１）により粉砕し、５ｍｍ角以上のコンパウンドがない状態にした。
【００５８】
得られたペレットで実施例１と同様に曲げ性能、耐衝撃性評価用の試験体を作成した。
＜実施例３＞
２Ｌ容ビーカーにクロロホルム１０００ｇとともにＭＦＣ（ダイセル化学工業（株）製、セリッシュ ＫＹ−１００Ｇ、固形分：１０ｗｔ％）２０ｇ（全乾量）と親水性樹脂としてポリビニルアルコール（日本合成化学工業(株)製、ゴーセノール ＧＬ−０３）１０ｇ、および、母材樹脂となる植物由来樹脂であるポリ乳酸ペレット（三井化学（株）製、ＬＡＣＥＡ Ｈ−１００）７０ｇを投入し、攪拌機（Ｔ．Ｋ． ホモディスパー、特殊機化工業（株）製、ｆ−Ｍｏｄｅｌ）により３時間攪拌処理した。回転数は１０００ｒｐｍとした。液温は攪拌処理中、終始常温とした。
【００５９】
混合溶液をバット内に流し込み、６５℃にて減圧乾燥し、溶剤として使用したクロロホルムおよび水分の一部を除去した後、１０５℃のオーブン（エスペック（株）製、ＰＶ−２２０）で送風乾燥し、残存する水分を完全に除去した。
【００６０】
得られた混合物を粉砕機（マグナムブレンダー、ＭＢ−９１１）により粉砕し、５ｍｍ角以上のコンパウンドがない状態にした。
【００６１】
得られたペレットで実施例１と同様に曲げ性能、耐衝撃性評価用の試験体を作成した。
＜比較例１＞
ポリ乳酸ペレット（三井化学（株）製、ＬＡＣＥＡ Ｈ−１００）のみで実施例１と同様に曲げ性能、耐衝撃性評価用の試験体を作成した。
＜比較例２＞
ポリビニルアルコール（日本合成化学工業(株)製、ゴーセノール ＧＬ−０３）のみで実施例１と同様に曲げ性能、耐衝撃性評価用の試験体を作成した。
＜比較例３＞
ＭＦＣ（ダイセル化学工業（株）製、セリッシュ ＫＹ−１００Ｇ、固形分：１０ｗｔ％）４００ｇと母材樹脂として植物由来樹脂であるポリ乳酸ペレット（三井化学（株）製、ＬＡＣＥＡ Ｈ−１００）１６００ｇを図１に示すセグメントＮｏ．１の位置で投入して混練した。ＭＦＣと共存する水分を水蒸気としてセグメントＮｏ．３，４で除去した。
【００６２】
混練条件は混練温度１８０℃、送り速度３．２ｋｇ／ｈｒ、スクリュー回転速度８０ｒｐｍとした。
【００６３】
混練処理を終えたコンパウンドをペレタイザーにて裁断し、長さ５ｍｍのペレットを調製した。得られたペレットを１０５℃のオーブン（エスペック（株）製、ＰＶ−２２０）内にて恒量に達するまで乾燥した。
【００６４】
得られたペレットで実施例１と同様に曲げ性能、耐衝撃性評価用の試験体を作成した。
【００６５】
実施例１〜３および比較例１〜３で作成した試験体について、曲げ性能、耐衝撃性を評価した。試験体におけるＭＦＣ、ポリ乳酸エマルジョンおよびポリ乳酸ペレットの含有率とともに、曲げ性能、耐衝撃性の評価結果を表２に示す。なお、熱変形温度は負荷応力０．４５ＭＰａにて評価した。
【００６６】
【表２】
【００６７】
表２の結果より、ＭＦＣと親水性樹脂を混合して得た試験体（実施例１〜３）の曲げ弾性率、曲げ強さ、アイゾット衝撃値がポリ乳酸のみの試験体（比較例１）、ポリビニルアルコールのみの試験体（比較例２）、親水性樹脂を混合していない試験体（比較例３）に比べて高いことが確認できた。特に溶剤中で親水性樹脂とＭＦＣとを混合するプロセスを経ることで（実施例２）、曲げ弾性率、曲げ強さ、アイゾット衝撃値がより向上することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】（ａ）は二軸混練押出機を模式的に表した側面図であり、樹脂複合材料の製造方法を説明するための図である。（ｂ）は樹脂材料中のＭＦＣの混合状態を模式的に示した図である。
【図２】樹脂複合材料の製造方法について、別の実施形態の製造工程を模式的に表した図である。
【図３】樹脂複合材料の製造方法について、さらに別の実施形態の製造工程を模式的に表した図である。
【図４】（ａ）はＭＦＣと樹脂とを混合した直後の状態を模式的に示しており、（ｂ）は水分を除去した後の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）
３ 樹脂
３１ 母材樹脂
４ 親水性樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材樹脂中に、強化材として表面処理されたミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含有する樹脂複合材料であって、表面処理されたＭＦＣが、親水性樹脂でその表面が被覆されたものであることを特徴とする樹脂複合材料。
【請求項２】
親水性樹脂が、ポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂複合材料。
【請求項３】
ＭＦＣと親水性樹脂とを混合して脱水処理した後、母材樹脂を添加して混合することを特徴とする樹脂複合材料の製造方法。
【請求項４】
ＭＦＣと親水性樹脂をそれぞれ、前記親水性樹脂を溶解する第１溶剤に添加して脱水、乾燥処理した後、この乾燥物と母材樹脂をそれぞれ、前記母材樹脂を溶解する第２溶剤に添加して攪拌し乾燥することを特徴とする請求項３に記載の樹脂複合材料の製造方法。
【請求項５】
ＭＦＣと親水性樹脂と母材樹脂をそれぞれ、前記親水性樹脂および前記母材樹脂の両者を溶解する溶剤に添加して攪拌し、これを脱水、乾燥することを特徴とする樹脂複合材料の製造方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の樹脂複合材料を成形してなることを特徴とする樹脂複合材料成形品。
【請求項１】
母材樹脂中に、強化材として表面処理されたミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含有する樹脂複合材料であって、表面処理されたＭＦＣが、親水性樹脂でその表面が被覆されたものであることを特徴とする樹脂複合材料。
【請求項２】
親水性樹脂が、ポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項１に記載の樹脂複合材料。
【請求項３】
ＭＦＣと親水性樹脂とを混合して脱水処理した後、母材樹脂を添加して混合することを特徴とする樹脂複合材料の製造方法。
【請求項４】
ＭＦＣと親水性樹脂をそれぞれ、前記親水性樹脂を溶解する第１溶剤に添加して脱水、乾燥処理した後、この乾燥物と母材樹脂をそれぞれ、前記母材樹脂を溶解する第２溶剤に添加して攪拌し乾燥することを特徴とする請求項３に記載の樹脂複合材料の製造方法。
【請求項５】
ＭＦＣと親水性樹脂と母材樹脂をそれぞれ、前記親水性樹脂および前記母材樹脂の両者を溶解する溶剤に添加して攪拌し、これを脱水、乾燥することを特徴とする樹脂複合材料の製造方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の樹脂複合材料を成形してなることを特徴とする樹脂複合材料成形品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１８４４９２（Ｐ２００８−１８４４９２Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７１５２（Ｐ２００７−１７１５２）
【出願日】平成１９年１月２６日（２００７．１．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２６日（２００７．１．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]