木幡 幸子 (〒02 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 株式会社三菱化学科学技術研究センター内 Kanagawa, 2278502, JP)
WATANABE, Akira (Inc. 1000, Kamoshida-cho, Aoba-ku, Yokohama-sh, Kanagawa 02, 2278502, JP)
三菱化学株式会社 (〒14 東京都港区芝四丁目14番1号 Tokyo, 1080014, JP)
KOWATA, Sachiko (Inc. 1000, Kamoshida-cho, Aoba-ku, Yokohama-sh, Kanagawa 02, 2278502, JP)
木幡 幸子 (〒02 神奈川県横浜市青葉区鴨志田町1000番地 株式会社三菱化学科学技術研究センター内 Kanagawa, 2278502, JP)
| 平均繊維径が30nm以下である繊維とマトリクス材料を含む繊維複合体であって、厚み100μmにおける該繊維複合体のJIS規格K7136によるヘーズが5以下であることを特徴とする繊維複合体。 |
| 繊維がセルロースである請求項1に記載の繊維複合体。 |
| 繊維が化学修飾されている請求項1又は2に記載の繊維複合体。 |
| 厚み100μmにおける該繊維複合体を190℃で酸素分圧0.006MPa以下で1時間加熱した後のJIS規格K7105による黄色度が20以下である請求項1ないし3のいずれかに記載の繊維複合体。 |
| 厚み100μmにおける該繊維複合体のJIS規格K7209(D法)による吸水率が1%以下である請求項1ないし4のいずれかに記載の繊維複合体。 |
| 線膨張率が1ppm/K以上、50ppm/K以下である請求項1ないし5のいずれかに記載の繊維複合体。 |
| マトリクス材料が高分子材料である請求項1ないし6のいずれかに記載の繊維複合体。 |
| 厚さが10μm以上、10cm以下である請求項1ないし7のいずれかに記載の繊維複合体。 |
| 繊維を、100MPa以上から噴出させて減圧する超高圧ホモジナイザー及び/又は周波数が15kHz以上1MHz以下で、実効出力密度が1W/cm 2 以上の超音波で解繊し、平均繊維径が30nm以下である繊維を得る工程、平均繊維径が30nm以下である繊維とマトリクス材料を複合化する工程を含むことを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の繊維複合体の製造方法。 |
| 請求項1ないし8のいずれかに記載の繊維複合体を含む基板。 |
| 請求項1ないし8のいずれかに記載の繊維複合体を含む窓材。 |
| セルロースI型結晶を有し、下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するセルロース及び/又はその誘導体よりなる繊維の分散液であって、 25℃において測定されるずり速度10s -1 における粘度が100mPa・s以下となるように調整した該分散液に対して、遠心分離機にて38900Gの加速度を30分間かけたとき、全体積における上澄み10%に含まれる前記セルロース及び/又はその誘導体の濃度が遠心分離機にかける前の該分散液の前記セルロース及び/又はその誘導体の濃度の50%以上であることを特徴とする微細セルロース繊維分散液。 |
| 請求項12に記載の微細セルロース繊維分散液から製造されたセルロース繊維平面構造体であって、厚み50μmでのヘーズが50以下であるセルロース繊維平面構造体。 |
| 請求項12に記載の微細セルロース繊維分散液から製造されたセルロース繊維平面構造体であって、空隙率が10体積%以上90体積%以下であり、厚みが100nm以上1cm以下であり、 屈折率が1.52のオイルを含浸させ、顕微鏡で観察したときに、繊維径400nm以上の繊維の体積分率が10%以下であることを特徴とするセルロース繊維平面構造体。 |
| 請求項12に記載の微細セルロース繊維分散液から製造されたセルロース繊維粒子であって、粒径が1μm以上1mm以下であり、 屈折率が1.52のオイルを含浸させ、顕微鏡で観察したときに、繊維径400nm以上の繊維の体積分率が10%以下であることを特徴とするセルロース繊維粒子。 |
| 請求項13又は14に記載のセルロース繊維平面構造体、もしくは請求項15に記載のセルロース繊維粒子と、セルロース以外の高分子とを複合化させてなる高分子セルロース複合体。 |
| 請求項13又は14に記載のセルロース繊維平面構造体の層と、セルロース以外の高分子の平面構造体層とを積層してなる高分子セルロース複合体。 |
| 請求項13又は14に記載のセルロース繊維平面構造体と、該セルロース繊維平面構造体内に含有されたセルロース以外の高分子とを含有する高分子セルロース複合体。 |
| 無機膜が積層された請求項16ないし18のいずれかに記載の高分子セルロース複合体。 |
| 請求項16ないし19のいずれかに記載の高分子セルロース複合体を備えてなる構造材。 |
| 請求項16ないし19のいずれかに記載の高分子セルロース複合体を備えてなる基板。 |
| 請求項16ないし19のいずれかに記載の高分子セルロース複合体を備える窓材。 |
| 請求項16ないし19のいずれかに記載の高分子セルロース複合体を備える車体。 |
| 最小長の平均が10μm以上で、最大長の平均が10cm以下の植物由来原料から得られたセルロース繊維の分散液に、周波数15kHz以上1MHz以下で、実効出力密度1W/cm 2 以上の超音波を照射することにより、平均繊維径100nm以下の微細セルロース繊維の分散液を得ることを特徴とするセルロース繊維の解繊方法。 |
| 前記超音波照射に先立ち、解繊処理工程を経ることを特徴とする請求項24に記載のセルロース繊維の解繊方法。 |
| 請求項25において、該解繊処理工程が、前記原料の分散液を30MPa以上の高圧雰囲気下から噴出させて減圧する工程であることを特徴とするセルロース繊維の解繊方法。 |
| 請求項24ないし26のいずれかにおいて、前記原料の化学修飾工程を含むことを特徴とするセルロース繊維の解繊方法。 |
本発明は、繊維とマトリクス材料とを含 繊維複合体に関するものであり、特に可視 の波長よりも細い繊維径の繊維を用いるこ により、高透明性、低吸水率かつ低線膨張 の繊維複合体を実現する技術に関する。
本発明の繊維複合体は、高透明性、低吸 性で、線膨張率も小さいことから、こうし 特性を生かして各種ディスプレイ基板材料 太陽電池用基板、窓材等として産業上有用 ある。
又、本発明は、微細かつ均一な繊維径の ルロース繊維が均一に分散してなり、この 果、十分な流動性を有する低粘度でも分離 難い微細セルロース繊維分散液と、この微 セルロース繊維分散液を製造するためのセ ロース繊維の解繊方法と、このような微細 ルロース繊維分散液から製造されたセルロ ス繊維平面構造体及びセルロース繊維粒子 関する。
本発明はまた、このセルロース繊維平面 造体又はセルロース繊維粒子を高分子と複 化させて得られる高分子セルロース繊維複 体と、この高分子セルロース繊維複合体か なる構造材、基板、窓材又は車体に関する
一般に、液晶や有機EL等のディスプレイ 基板には、ガラス板が広く用いられている しかし、ガラス板は比重が大きく軽量化が 難で、割れやすい、曲げられない、厚みが 要などの欠点があることから、近年、ガラ 板に代わるプラスチック基板が検討されて る。具体的には、ポリカーボネートやポリ チレンテレフタレート等を用いたディスプ イ用基板が使用されている。
しかしながら、これら従来のガラス代替用
ラスチック材料は、ガラス板に比べて線膨
率が大きいため、基板上に薄膜トランジス
等のデバイス層を高温で蒸着させるプロセ
の際に、反りや蒸着膜の割れ、半導体の断
などの問題が生じ易く、実用は困難であっ
。
即ち、これらの用途には、高透明性、高耐
性、低吸水性かつ低線膨張率のプラスチッ
材料が求められている。
近年、バクテリアセルロースをはじめと るセルロースの微細繊維を用いた複合材料 さかんに研究されている。セルロースは伸 きり鎖結晶を有することから、低線膨張率 高弾性率、高強度を発現することが知られ いる。また、微細化することにより太さが nmから200nmの範囲にある微小かつ高結晶性の セルロースナノファイバーが得られ、その繊 維の隙間をマトリクス材料で埋めることで高 い透明性と低線膨張率を有する複合体が得ら れることが報告されている。
特許文献1には、バクテリアセルロースと 光硬化性樹脂との複合体に関する記載がある が、本発明者らの検討によれば、バクテリア セルロースは平均繊維径が50nm程度であり、 維径が太いため、光の散乱現象が生ずる。 のため、JIS K7136で求められるヘーズが10程 であることが判明した。また、木質を原料 して得られる繊維径50nm未満のナノファイバ セルロース繊維(以下「NFCe」と略記する)と 硬化性樹脂との複合体に関する記載がある 、植物由来の不純物がNFCe中に含有されてお り、複合体を加熱した際に、着色するという 問題点があった。
特許文献2には、化学処理したNFCeと光硬 性樹脂との複合体に関する記載があるが、 発明者らの検討によれば、NFCeの空隙率が低 、複合化の際に、マトリクス材料が不織布 繊維間に十分に含浸しないために、得られ 複合材料の透明性が低下するといった問題 があった。
特許文献3には、バクテリアセルロース又 はコットンと熱硬化性樹脂との複合体に関す る記載がある。ここで記載されるセルロース シートと樹脂シートを重ねてプレスした材料 の平行光線透過率は最大で81.3%であり、同一 ンプルのヘーズの記載はないので不明であ が、最も光線透過率の高いサンプルの全光 透過率が88.6%と仮定すると、ヘーズは8.2%と 算され、高い値を示す。
特許文献4には、化学修飾セルロースとセ ルロースエステルとの複合体に関する記載が あり、化学修飾セルロースの粒子にセルロー スエステルを混合して複合材料を得ているが 、本発明者らの検討によれば、特許文献1の 施例14のような高圧ホモジナイザー処理や、 特許文献2の実施例6のようなグラインダー処 、特許文献4の実施例2の40W、20分程度の超音 波法では、セルロース繊維の解繊が不十分で あると考えられる。又、解繊後のセルロース 繊維を乾燥させた後、酢酸セルロースとの複 合体としているが、一旦乾燥させたセルロー ス繊維は凝集するため、複合体中では、凝集 体として分散し、その凝集体の直径が大きい ことにより、ヘーズも高くなると考えられる 。
特許文献5には、バクテリアセルロースを はじめとするセルロースの微細繊維を用いた 複合材料に関する記述がある。セルロースは 伸びきり鎖結晶を有することから、低線膨張 率、高弾性率、高強度を発現することが知ら れている。また、微細化することにより太さ が数nmから200nmの範囲にある微小かつ高結晶 のセルロースナノファイバーが得られ、そ 繊維の隙間をマトリクス材料で埋めること 高い透明性と低線膨張率を有する複合体が られることが報告されている。
しかし、バクテリアセルロースは、バク リアが繊維を産出しながらランダムに動き ることから、繊維が複雑に絡み合う構造を ているため、水を含んだバクテリアセルロ スは膨潤するだけで、流動性が生じない。 のため、必要な大きさかつ厚みのセルロー 不織布を生産する際には生産効率が悪い。
また、グラインダーなどの磨砕機及び融 機により、パルプ等を処理して得られたミ ロフィブリル化セルロースは、太い繊維を むため、このようなミクロフィブリル化セ ロースの繊維間の空隙を樹脂で満たしても 太径繊維が光を散乱し、十分な透明性が得 れない問題があった。
特許文献6には、乾燥させたマイクロフィ ブリル化セルロースを水に浸漬した後、10kHz 上、例えば20kHzの超音波を照射することに り、セルロースを再分散させる技術につい の記述がある。ここでは、特許文献7を引用 て、高圧下で均質化装置を通過させてマイ ロフィブリル化したセルロース(MFC)が水懸 状態であると保存や輸送に支障があり、微 物による腐敗現象が起こるため、乾燥する 要があるが、乾燥時にMFCの凝集が起こり、 燥したMFCを水中に投じても容易には分散し いため、元の分散状態に戻すために超音波 照射すると記載されている。即ち、この特 文献6では、凝集したMFCの再分散を目的とし 超音波等を使用しており、マイクロフィブ ル化したセルロース繊維を超音波によって に解繊することは言及されていない。また 特許文献6の実施例1において、超音波を照 した後のセルロースの分散液は、300rpm(15G)の 低い遠心力で沈殿を生じている。このように 低い遠心力で分離するのは、分散液中のセル ロース繊維が十分にかつ均一に微細化されて いないことを示すものである。
特許文献8には、バクテリアセルロースを 超音波等の処理により離解処理した後、水分 散液をスプレードライすることにより、多孔 性のセルロース粒子を製造する方法に関する 記載がある。この特許文献8における超音波 理は、既に微細な繊維状となっているバク リアセルロースの水分散液をスプレードラ しやすくするために、機械的外力をかける 解処理のためのものであり、セルロース繊 径自体が細かくされるものではない。従っ 、超音波処理後も均一な分散液にはなって らず、このため、分散液の粘度が高い。ま 、分散液の粘度を低くするために水で希釈 ると、水と微小ゲル粒子に分離してしまう
特許文献9には、非木質セルロース繊維を、
リグニンなどを除去した後、高圧にさらし、
その後、減圧することで微小繊維を得る方法
が記載され、微小繊維の分散液から水を除去
するために、遠心分離や超音波、圧力濾過方
法を用いるとの記載があるが、超音波そのも
のにより繊維を微細化して微細繊維を得ると
いう記述はない。
本発明は、高透明性、低吸水率かつ低線膨
率の繊維複合体を提供することを目的とす
。
又、セルロース繊維を用いて高透明性の低
膨張率複合体を効率的に製造するためには
極微細かつ均一な繊維径のセルロース繊維
均一に分散してなり、しかも流動性も良好
微細セルロース繊維分散液、即ち、低粘度
も分離しない微細セルロース繊維分散液が
要である。しかし、従来において、繊維の
細化、均一化が十分になされると共に、セ
ロース繊維の均一分散性に優れ、しかも低
度での耐分離性に優れた微細セルロース繊
分散液は提供されていない。
本発明の更なる目的は、微細かつ均一な繊
径のセルロース繊維が均一に分散してなり
この結果、十分な流動性を有する低粘度で
分離し難い微細セルロース繊維分散液と、
の微細セルロース繊維分散液を製造するた
のセルロース繊維の解繊方法と、このよう
微細セルロース繊維分散液から製造された
ルロース繊維平面構造体及びセルロース繊
粒子を提供することを目的とする。
本発明の又更なる目的はまた、このセルロ
ス繊維平面構造体又はセルロース繊維粒子
高分子と複合化させて得られる高分子セル
ース複合体と、この高分子セルロース複合
からなる構造材、基板、窓材又は車体を提
することを目的とする。
本発明は以下の構成を要旨とするものであ
。
[1]平均繊維径が30nm以下である繊維とマトリ
ス材料を含む繊維複合体であって、厚み100μ
mにおける該繊維複合体のJIS規格K7136によるヘ
ーズが5以下であることを特徴とする繊維複
体。
[2]繊維がセルロースである[1]に記載の繊維複
合体。
[3]繊維が化学修飾されている[1]又は[2]に記載
の繊維複合体。
[4]厚み100μmにおける該繊維複合体を190℃で酸
素分圧が0.006MPa以下で1時間加熱した後のJIS規
格K7105による黄色度が20以下である[1]ないし[3
]のいずれかに記載の繊維複合体。
[5]厚み100μmにおける該繊維複合体のJIS規格K72
09(D法)による吸水率が1%以下である[1]ないし[4
]のいずれかに記載の繊維複合体。
[6]線膨張率が1ppm/K以上、50ppm/K以下である[1]
いし[5]のいずれかに記載の繊維複合体。
[7]マトリクス材料が高分子材料である[1]ない
し[6]のいずれかに記載の繊維複合体。
[8]厚さが10μm以上、10cm以下である[1]ないし[7]
のいずれかに記載の繊維複合体。
[9]繊維を、100MPa以上から噴出させて減圧する
超高圧ホモジナイザー及び/又は周波数が15kHz
以上1MHz以下で、実効出力密度が1W/cm 2
以上の超音波で解繊し、平均繊維径が30nm以
である繊維を得る工程、平均繊維径が30nm以
である繊維とマトリクス材料を複合化する
程を含むことを特徴とする[1]ないし[8]のい
れかに記載の繊維複合体の製造方法。
[10][1]ないし[8]のいずれかに記載の繊維複合
を含む基板。
[11][1]ないし[8]のいずれかに記載の繊維複合
を含む窓材。
[12]セルロースI型結晶を有し、下記一般式(1)
表される繰り返し単位を有するセルロース
び/又はその誘導体よりなる繊維の分散液で
あって、
25℃において測定されるずり速度10s -1
における粘度が100mPa・s以下となるように調
した該分散液に対して、遠心分離機にて38900
Gの加速度を30分間かけたとき、全体積におけ
る上澄み10%に含まれる前記セルロース及び/
はその誘導体の濃度が遠心分離機にかける
の該分散液の前記セルロース及び/又はその
導体の濃度の50%以上であることを特徴とす
微細セルロース繊維分散液。
[13][12]に記載の微細セルロース繊維分散液か
製造されたセルロース繊維平面構造体であ
て、厚み50μmでのヘーズが50以下であるセル
ロース繊維平面構造体。
[14][12]に記載の微細セルロース繊維分散液か
製造されたセルロース繊維平面構造体であ
て、空隙率が10体積%以上90体積%以下であり
厚みが100nm以上1cm以下であり、
屈折率が1.52のオイルを含浸させ、顕微鏡で
観察したときに、繊維径400nm以上の繊維の体
分率が10%以下であることを特徴とするセル
ース繊維平面構造体。
[15][12]に記載の微細セルロース繊維分散液か
製造されたセルロース繊維粒子であって、
径が1μm以上1mm以下であり、
屈折率が1.52のオイルを含浸させ、顕微鏡で
観察したときに、繊維径400nm以上の繊維の体
分率が10%以下であることを特徴とするセル
ース繊維粒子。
[16][13]又は[14]に記載のセルロース繊維平面構
造体、もしくは請求項15に記載のセルロース
維粒子と、セルロース以外の高分子とを複
化させてなる高分子セルロース複合体。
[17][13]又は[14]に記載のセルロース繊維平面構
造体の層と、セルロース以外の高分子の平面
構造体層2とを積層してなる高分子セルロー
複合体。
[18][13]又は[14]に記載のセルロース繊維平面構
造体と、該セルロース繊維平面構造体内に含
有されたセルロース以外の高分子とを含有す
る高分子セルロース複合体。
[19]無機膜が積層された[16]ないし[18]のいずれ
かに記載の高分子セルロース複合体。
[20][16]ないし[19]のいずれかに記載の高分子セ
ルロース複合体を備えてなる構造材。
[21][16]ないし[19]のいずれかに記載の高分子セ
ルロース複合体を備えてなる基板。
[22][16]ないし[19]のいずれかに記載の高分子セ
ルロース複合体を備える窓材。
[23][16]ないし[19]のいずれかに記載の高分子セ
ルロース複合体を備える車体。
[24]最小長の平均が10μm以上で、最大長の平均
が10cm以下の植物由来原料から得られたセル
ース繊維の分散液に、周波数15kHz以上1MHz以
で、実効出力密度1W/cm 2
以上の超音波を照射することにより、平均繊
維径100nm以下の微細セルロース繊維の分散液
得ることを特徴とするセルロース繊維の解
方法。
[25]前記超音波照射に先立ち、解繊処理工程
経ることを特徴とする[24]に記載のセルロー
繊維の解繊方法。
[26][25]において、該解繊処理工程が、前記原
の分散液を30MPa以上の高圧雰囲気下から噴
させて減圧する工程であることを特徴とす
セルロース繊維の解繊方法。
[27][24]ないし[26]のいずれかにおいて、前記原
料の化学修飾工程を含むことを特徴とするセ
ルロース繊維の解繊方法。
本発明によれば、高透明性、低吸水性で 低線膨張率の繊維複合体が提供される。本 明の繊維複合体は、各種産業分野における ラス代替用プラスチック材料として有用で り、特に、高透明性、低吸水率かつ低線膨 率といった優れた特性を生かして、各種デ スプレイ基板材料、太陽電池用基板、窓材 に有用である。
本発明の微細セルロース繊維分散液は、 ノサイズの微細な繊維径のセルロース繊維 多く含み、可視光の波長以上の繊維径のセ ロース繊維を実質的に含まず、非常に微細 セルロース繊維のみが均一に分散してなる のであり、低粘度であっても分離し難く、 動性に優れ、繊維の均一分散状態を安定に 持し得る分散液である。
このような本発明の微細セルロース繊維 散液によれば、均質な微細セルロース繊維 りなるセルロース繊維平面構造体及びセル ース繊維粒子を製造することができ、また のセルロース繊維平面構造体又はセルロー 繊維粒子を用いて、透明性が高く、線膨張 数が小さく、また弾性率が高く、更には表 平滑性等の表面性状に優れた高分子セルロ ス複合体を得ることができる。
本発明のセルロース繊維平面構造体又は ルロース繊維粒子に高分子を複合化してな 本発明の高分子セルロース複合体は、その 透明性、低線膨張率といった特性を生かし 、各種ディスプレイ基板材料、太陽電池用 板、窓材等に有用であり、また、その高弾 率、低線膨張率、表面平滑性といった特性 生かして、各種の構造材、特に表面の意匠 に優れた自動車用パネルや建築物の外壁パ ル等に有用である。
以下、本発明の実施の形態を具体的に説 するが、本発明は、以下の実施の形態に限 されるものではなく、その要旨の範囲内で 々に変更して実施することができる。
[繊維]
本発明で用いられる繊維は、天然の繊維や
成繊維、無機の繊維などが挙げられる。天
の繊維としては、植物やホヤ、バクテリア
製造するセルロース繊維や酢酸セルロース
どのセルロース誘導体、エビやかになどの
殻類に含まれるキチンやキトサンなどのキ
ン誘導体、毛髪や羊毛、絹、蜘蛛の糸等の
ンパク質繊維、DNA等の核酸、ポリイソプレ
等の天然ゴム繊維が挙げられる。合成繊維
してはポリスチレン、ポリアクリロニトリ
、ポリメタクリル酸メチル等の付加重合型
分子繊維、ナイロンなどのポリアミド繊維
ポリエチレンテレフタレートやポリエチレ
ナフタレートなどのポリエステル繊維、ポ
ウレタン繊維、フェノール樹脂繊維やメラ
ン樹脂繊維、ポリイミド繊維、アラミド繊
等、各種高分子繊維が挙げられる。無機の
維としては、ガラス繊維やアルミニウム、
グネシウム、カルシウム、チタン等の金属
化物、純金属や合金、金属を含む化合物の
状結晶、カーボンナノチューブやカーボン
維等が挙げられる。中でも、セルロース繊
は結晶の直径が数nm程度であり、好適に用
ることができる。
<セルロースI型結晶>
本発明のセルロース繊維は、セルロースI型
結晶構造を有するものであることが好ましい
。
セルロースI型結晶構造とは、例えば、朝倉
書店発行の「セルロースの事典」新装版第一
刷P.81~P.86、あるいはP.93~99に記載の通りのも
であり、ほとんどの天然セルロースはセル
ースI型結晶構造である。これに対して、セ
ロースI型結晶構造ではなく、例えばセルロ
ースII、III及びIV型構造のセルロース繊維は
ルロースI型結晶構造を有するセルロースか
誘導されるものである。
セルロース繊維が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
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も
ことから同定することができる。
<繰り返し単位>
本発明のセルロース繊維は、下記一般式(1)
表される繰り返し単位を含むセルロース及
/又はその誘導体よりなり、好ましくは、前
記一般式(1)で表される繰り返し単位を50%以上
、特に好ましくは前記一般式(1)で表される繰
り返し単位のみからなるセルロース及び/又
その誘導体よりなる。
セルロースが、このような繰り返し単位を
するものであれば、結晶性が高くなり、高
熱、高弾性率、高強度、低線膨張率になり
ましい。
前記一般式(1)においてX 1
、X 2
及びX 3
は、それぞれ独立して、水素原子;アセチル
、プロピオニル基、ブチリル基、2-ブチリル
基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプ
タノイル基、オクタノイル基、ノナノイル基
、デカノイル基、ウンデカノイル基、ドデカ
ノイル基、ミリストイル基、パルミトイル基
、ステアロイル基、ピバロイル基等の炭素数
1~20のアルキルカルボニル基;アクリロイル基
メタクリロイル基、シンナモイル基等の、
リル基で置換されていてもよい炭素数2~6の
ルケニルカルボニル基;プロピオロイル基等
のアルキニルカルボニル基;ベンゾイル基、
フトイル基等のアリルカルボニル基;ニコチ
イル基、イソニコチノイル基、フロイル基
シンナモイル基であるが、好ましくは、X 1
、X 2
及びX 3
は水素原子である。その場合、結晶性が高く
なり、高耐熱、高弾性率、高強度、低線膨張
率になり好ましい。疎水性が必要な場合には
、X 1、
X 2
及びX 3
は、それぞれ独立して、一部、アセチル基、
プロピオニル基、ブチリル基、2-ブチリル基
ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタ
イル基、オクタノイル基、ノナノイル基、
カノイル基、ウンデカノイル基、ドデカノ
ル基、ミリストイル基、パルミトイル基、
テアロイル基、ピバロイル基、ベンゾイル
、ナフトイル基、ニコチノイル基、イソニ
チノイル基、フロイル基又はシンナモイル
としてもよい。また、後述の高分子セルロ
ス複合体において、(メタ)アクリル樹脂と
合化する場合には、X 1、
X 2
及びX 3
は、それぞれ独立して、アクリロイル基、メ
タクリロイル基又はプロピオロイル基が好ま
しい。
なお、セルロースの繰り返し単位の化学構
は固体NMRにより確認することができる。
[セルロース繊維]
本発明におけるセルロース繊維は、好まし
はセルロース繊維平面構造体セルロース不
布又はセルロース繊維粒子である。セルロ
ス繊維平面構造体としては、空孔の少ない
ルロース繊維平面構造体であるシート、又
不織布(多孔質なセルロース繊維平面構造体
。以下「セルロース不織布」と称す場合があ
る。)が好ましい。
[セルロース繊維平面構造体]
セルロース繊維平面構造体の代表例として
セルロース不織布について説明する。
本発明におけるセルロース不織布(以下「本
明のセルロース不織布」と称する場合があ
。)とは、主としてセルロースからなる不織
であり、セルロース繊維の集合体である。
ルロース不織布はセルロース分散液を抄紙
は塗布によって製膜する方法、あるいはゲ
状膜を乾燥する方法などによって得られる
<厚み>
本発明のセルロース不織布の厚みは特に制
されるものではないが、好ましくは100nm以
、より好ましくは1μm以上、さらに好ましく
10μm以上、特に好ましくは50μm以上、最も好
ましくは80μm以上で、好ましくは10cm以下、さ
らに好ましくは1cm以下、より好ましくは1mm以
下、特に好ましくは250μm以下である。セルロ
ース不織布の厚みは、製造の安定性、強度の
点から上記下限以上で厚いものが好ましく、
生産性、均一性、樹脂の含浸性の点から上記
上限以下で薄いものが好ましい。
[セルロース繊維粒子]
本発明のセルロース繊維粒子(以下「セルロ
ース粒子」と称す場合がある。)は、前述の
発明の微細セルロース繊維分散液を用いて
造されたものである。具体的には、本発明
セルロース粒子は、前述の本発明の微細セ
ロース繊維分散液を適当な方法で粒子状に
粒することにより製造される。
<セルロース繊維粒子の製造方法>
本発明のセルロース粒子を、本発明の微細
ルロース繊維分散液を用いて製造する方法
しては、本発明の微細セルロース繊維分散
を、例えば公知のスプレードライ装置を用
て、スプレーノズル等から噴射することに
り、分散媒を除去して造粒する方法が挙げ
れる。この噴射方法としては、具体的には
転円盤による方法、加圧ノズルによる方法
2流体ノズルによる方法などがある。スプレ
ードライして得られた粒子を更に他の乾燥装
置を用いて乾燥させても良い。この場合の熱
エネルギー源としては、赤外線やマイクロ波
を用いることもできる。
また、本発明の微細セルロース繊維分散液
凍結乾燥した後、粉砕することによっても
発明のセルロース粒子を得ることができる
この場合、具体的には、本発明の微細セル
ース繊維分散液を液体窒素などで冷却した
、グラインダーや回転刃などで粉砕する方
が挙げられる。
なお、このセルロース粒子についても化学
飾を行っても良く、その場合の化学修飾の
法は、後述のセルロース繊維平面構造体の
学修飾の方法と同様である。
<セルロース繊維粒子の粒径>
本発明のセルロース粒子の粒径には特に制
はないが、粒径が1μm以上で1mm以下が好まし
い。この粒径は更に好ましくは5μm以上、100μ
m以下であり、特に好ましくは5μm以上、50μm
下である。
セルロース粒子の粒径が大き過ぎると高分
と複合化した際、分散不良を起こし、小さ
ぎるとふわふわと舞って取り扱いが困難で
る。
<太径繊維含率>
本発明のセルロース粒子は、屈折率が1.52の
オイルを含浸させ、顕微鏡で観察したときに
、繊維径400nm以上の繊維の体積分率(太径繊維
含率)が10%以下であることが好ましい。
この太径繊維含率は、後述のセルロース繊
平面構造体の太径繊維含率と同様に測定す
ことができる。
この太径繊維含率が多過ぎると、可視光の
長よりも太い繊維径のセルロース繊維が多
存在することによりそれ自体の透明性が劣
、また、高透明性の高分子セルロース複合
を得ることができない。
この太径繊維含率は少ないほど好ましく、
り好ましくは5%以下、特に好ましくは0%であ
る。
<繊維径>
本発明の繊維の繊維径は細いことが好まし
。具体的には1500nm以上の繊維径のものを含
でいないことが好ましく、さらに好ましく
1000nm以上の繊維径のものを含んでいないこ
が好ましく、特に好ましくは500nm以上の繊
径のものを含んでいないことが好ましい。
1500nm以上の繊維径のものを含んでいない不
布は、樹脂等のマトリクス材料と複合化し
場合、透明性が高く、線膨張率が低いもの
得られる点において好ましい。
なお、繊維の繊維径はSEM観察により確認す
ことができる。
また、SEMより観察される本発明の繊維の繊
径は、平均で4~30nmであることが好ましい。
維の平均繊維径が30nmを超えると、可視光の
波長の1/10に近づき、マトリクス材料との界
で可視光の屈折及び散乱が生じ易く、透明
が低下するので好ましくない。また、繊維
が4nm以下の繊維は実質的に製造できない。
明性の観点から、繊維の平均繊維径はより
ましくは4~20nmである。
繊維径は、SEM等の顕微鏡により測定できる
具体的には、繊維不織布の表面や断面をSEM
TEM等で観察し、ランダムに抽出した12点の
定値のうち、最も大きな値と最も小さな値
除いた10点の測定値の平均を求める。尚、セ
ルロース繊維平面構造体やセルロース繊維粒
子等の複合体中の繊維径の測定は、複合体を
そのまま破断したり、必要に応じて液体窒素
などで冷却してから破断したりして、破断面
を出し、その破断面をSEMやTEM等で観察する。
ランダムに抽出した12点の測定値のうち、最
大きな値と最も小さな値を除いた10点の測
値を平均することで求めることが出来る。
また、セルロース繊維平面構造体やセルロ
ス繊維粒子等の複合体に、後述する屈折率
1.52のオイルを含浸させて顕微鏡で観察し、
実際に複合体内部に存在する繊維の太さを測
定することで確認することができる。
<太径繊維含率>
本発明のセルロース繊維平面構造体は、屈
率が1.52のオイルを含浸させ、顕微鏡で観察
したときに、繊維径400nm以上の繊維の体積分
(以下、この割合を「太径繊維含率」と称す
場合がある。)が10%以下であることが好まし
。
この太径繊維含率は、具体的には、後述の
施例の項に記載される方法で測定すること
できる。
この太径繊維含率が多過ぎると、可視光の
長よりも太い繊維径のセルロース繊維が多
存在することによりそれ自体の透明性が劣
、また、高透明性の高分子セルロース複合
を得ることができない。
この太径繊維含率は少ないほど好ましく、
り好ましくは5%以下、特に好ましくは0%であ
る。
<繊維長>
繊維の長さについては特に限定されないが
平均で100nm以上が好ましい。繊維の平均長
が100nmより短いと、強度が不十分となる恐れ
がある。
<黄色度>
本発明の繊維及びセルロース不織布の色目
、白いことが好ましい。本発明のセルロー
不織布は、上述のように繊維径の細いセル
ース繊維で構成されるが、空隙があるため
、セルロース不織布自体は実質的には透明
ならず、樹脂等のマトリクス材料を含浸さ
て複合化した後に透明となる。その際、無
であることが好ましい。よって、不織布自
は白いことが好ましい。
セルロースの性質から、不織布は青味、 味がつくことはほとんどなく、原料由来で 色味がつく場合や、後の化学修飾によって 色味が着く場合がある。特に、木質由来の 料を用いる場合、精製度合いによって黄色 が着くことがある。繊維及び不織布に黄色 が着くと、マトリクス材料と複合化した際 透明であっても黄色味を示し好ましくない
このような黄色味はJIS K7105に準拠し、イ エローインデックス(以後YI)を測定すること 評価できる。YI値が大きい程黄色味が強いこ とを示す。本発明の繊維及びセルロース不織 布のYI値は15以下であることが好ましく、10以 下であることがより好ましく、5以下である とがさらに好ましい。YI値は例えば、スガ試 験機社製カラーコンピューター等の計測機器 を用いてJIS規格K7105に従って測定することが きる。
<空隙率>
本発明のセルロース繊維平面構造体のうち
隙率が35vol%以上のものをセルロース不織布
称し、35vol%未満のものをセルロースシート
する。
本発明のセルロース不織布は空隙率が35vol%
上であることが好ましく、さらには35vol%以
60vol%以下であることが好ましい。セルロー
不織布の空隙率が小さいと、後に示す化学
飾が進行しにくかったり、樹脂等のマトリ
ス材料が含浸しにくくなり、複合体にした
きに未含浸部が残るため、その界面で散乱
生じてヘーズが高くなり好ましくない。ま
、セルロース不織布の空隙率が高いと複合
としたとき、セルロース繊維による十分な
強効果が得られず、線膨張率が大きくなる
で、好ましくない。
ここでいう空隙率とは、不織布中における
隙の体積率を示し、空隙率は、セルロース
織布の面積、厚み、重量から、下記式によ
て求めることができる。
空隙率(vol%)={(1-B/(M×A×t)}×100
ここで、Aは不織布の面積(cm 2
)、t(cm)は厚み、Bは不織布の重量(g)、Mはセル
ースの密度であり、本発明ではM=1.5g/cm 3
と仮定する。セルロース不織布の膜厚は、膜
厚計(PEACOK社製のPDN-20)を用いて、不織布の種
な位置について10点の測定を行い、その平
値を採用する。
また、複合体中の不織布の空隙率を求める
合、分光分析や、複合体の断面のSEM観察を
像解析することにより空隙率を求めること
できる。
<化学修飾>
本発明の繊維複合体中の繊維は、化学修飾
れた繊維であることが好ましい。化学修飾
は、繊維の表面が化学修飾剤と反応して化
修飾されたものであり、繊維がセルロース
場合、セルロース中の水酸基が化学修飾剤
反応して化学修飾されているものである。
下、繊維がセルロースである場合を代表例
して説明するが、これに限定されるもので
ない。
(種類)
化学修飾によってセルロースに導入させる
能基としては、アセチル基、アクリロイル
、メタクリロイル基、プロピオニル基、プ
ピオロイル基、ブチリル基、2-ブチリル基
ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタ
イル基、オクタノイル基、ノナノイル基、
カノイル基、ウンデカノイル基、ドデカノ
ル基、ミリストイル基、パルミトイル基、
テアロイル基、ピバロイル基、ベンゾイル
、ナフトイル基、ニコチノイル基、イソニ
チノイル基、フロイル基、シンナモイル基
のアシル基、2-メタクリロイルオキシエチル
イソシアノイル基等のイソシアネート基、メ
チル基、エチル基、プロピル基、2-プロピル
、ブチル基、2-ブチル基、tert-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、ミリスチル基、パルミチル基、
ステアリル基等のアルキル基、オキシラン基
、オキセタン基、チイラン基、チエタン基等
が挙げられる。これらの中では特にアセチル
基、アクリロイル基、メタクリロイル基、ベ
ンゾイル基、ナフトイル基等の炭素数2~12の
シル基、メチル基、エチル基、プロピル基
の炭素数1~12のアルキル基が好ましい。
(化学修飾方法)
化学修飾方法としては、特に限定されるも
ではないが、セルロースと次に挙げるよう
化学修飾剤とを反応させる方法がある。こ
反応条件についても特に限定されるもので
ないが、必要に応じて溶媒、触媒等を用い
り、加熱、減圧等を行うこともできる。
化学修飾剤の種類としては、酸、酸無水物
アルコール、ハロゲン化試薬、イソシアナ
ト、アルコキシシラン、オキシラン(エポキ
シ)等の環状エーテルからなる群から選ばれ
1種又は2種以上が挙げられる。
酸としては、例えば酢酸、アクリル酸、メ
クリル酸、プロパン酸、ブタン酸、2-ブタ
酸、ペンタン酸等が挙げられる。
酸無水物としては、例えば無水酢酸、無水
クリル酸、無水メタクリル酸、無水プロパ
酸、無水ブタン酸、無水2-ブタン酸、無水
ンタン酸等が挙げられる。
アルコールとしては、例えばメタノール、エ
タノール、プロパノール、2-プロパノール等
挙げられる。
ハロゲン化試薬としては、例えばアセチル
ライド、アクリロイルハライド、メタクリ
イルハライド、プロパノイルハライド、ブ
ノイルハライド、2-ブタノイルハライド、
ンタノイルハライド、ベンゾイルハライド
ナフトイルハライド等が挙げられる。
イソシアナートとしては、例えばメチルイ
シアナート、エチルイソシアナート、プロ
ルイソシアナート等が挙げられる。
アルコキシシランとしては、例えばメトキ
シラン、エトキシシラン等が挙げられる。
オキシラン(エポキシ)等の環状エーテルと
ては、例えばエチルオキシラン、エチルオ
セタン等が挙げられる。
これらの中では特に無水酢酸、無水アクリ
酸、無水メタクリル酸、ベンゾイルハライ
、ナフトイルハライドが好ましい。
これらの化学修飾剤は1種を単独で用いても
良く、2種以上を併用しても良い。
(化学修飾率)
ここでいう化学修飾率とは、セルロース中
全水酸基のうちの化学修飾されたものの割
を示し、化学修飾率は下記の滴定法によっ
測定することができる。
〈測定方法〉
セルロース不織布0.05gを精秤しこれにメタ
ール6ml及び蒸留水2mlを添加する。これを60~70
℃で30分攪拌した後、0.05N水酸化ナトリウム
溶液10mlを添加する。これを60~70℃で15分攪拌
しさらに室温で一日攪拌する。ここにフェノ
ールフタレインを用いて0.02N塩酸水溶液で滴
する。
ここで、滴定に要した0.02N塩酸水溶液の量Z(
ml)から、化学修飾により導入された置換基の
モル数Qは、下記式で求められる。
Q(mol)=0.05(N)×10(ml)/1000
-0.02(N)×Z(ml)/1000
この置換基のモル数Qと、化学修飾率X(mol%)
の関係は、以下の式で算出される(セルロー
=(C 6
O 5
H 10
) n
=(162.14) n
,繰り返し単位1個当たりの水酸基数=3,OHの分
量=17)。なお、以下において、Tは置換基の分
子量である。
本発明において、セルロース繊維の化学 飾率は、セルロースの全水酸基に対して、 ましくは0mol%以上、より好ましくは8mol%以上 、さらに好ましくは15mol%以上である。また、 化学修飾率はセルロースの全水酸基に対して 65mol%以下、より好ましくは50mol%以下、さらに 好ましくは40mol%以下である。
この化学修飾率が低すぎると、複合化の 処理で加熱した際に、着色してしまうこと ある。化学修飾率が高すぎると、セルロー 構造が破壊され結晶性が低下するため、得 れるセルロース繊維複合体の線膨張率が大 くなってしまうという問題点があり好まし ない。また、化学修飾率が低すぎると、不 布の親水性が高くなり、吸水率が高くなり ましくない。特に、セルロース原料として 質を用いる場合、化学修飾率が低いと複合 の後処理で加熱した際に、着色してしまっ り、化学修飾率が高くても化学修飾反応後 不織布が着色してしまったりするので好ま くない。
[セルロース不織布の製造方法]
本発明のセルロース不織布の製造方法は特
限定されるものではないが、化学修飾した
ルロース不織布を製造する場合には、好ま
くは、セルロースを不織布とした後に、化
修飾することにより、より好ましくは、セ
ロースを有機溶媒で洗浄した後に不織布と
、その後化学修飾することにより製造され
。
不織布の製造に当たっては、セルロース 料を必要に応じて、精製や微細化した後に そのセルロース分散液(通常はセルロースの 水分散液)を濾過又は塗布によって製膜、あ いはゲル状膜を製膜し、製膜後は乾燥して 織布とするが、この乾燥を行う前にアルコ ル等の有機溶媒で洗浄もしくは浸漬処理す ことが好ましい。
化学修飾については、上記の如く、不織布
製膜してから行ってもよいし、不織布に製
する前のセルロースに化学修飾を行っても
いが、前者の方が好ましい。その場合、ア
コール等の有機溶媒で置換したセルロース
製膜して不織布とした後、化学修飾する。
化学修飾が終了した後は水でよく洗浄した
、残留する水をアルコール等の有機溶媒で
換して乾燥することが好ましい。
このような不織布の製造方法について更に
しく説明する。
<不織布の製造>
不織布の製造には微細化したセルロース繊
を用いる。
針葉樹や広葉樹等の木質、コットンリンタ
やコットンリント等のコットンは一般的な
素による漂白法や、酸やアルカリ、各種有
溶剤による抽出などにより精製した後、微
化処理を行い微細化したセルロースを得る
<原料>
植物由来原料としては、具体的には、針葉
や広葉樹等の木質、コットンリンターやコ
トンリント等のコットン、ケナフや麻、ラ
ーなどが挙げられる。植物由来の原料は、
クテリアセルロースなどの非植物由来のセ
ロースに比べて生産性やコスト面で実用性
非常に高い点で経済的に好ましい。また、
物由来の原料から得られるセルロース繊維
、結晶性が高いので低線膨張率になり好ま
い。植物由来原料のうち、コットンは微細
繊維径なものが得やすい点で好ましいが、
産量が木質と比較して乏しいため経済的に
ましくない。一方、針葉樹や広葉樹などの
質はミクロフィブリルが約4nmと非常に微細
あり、分岐のない線状の繊維形態を有する
とから、光の散乱を生じにくい。さらに、
球上で最大量の生物資源であり、年間約700
トン以上ともいわれる量が生産されている
続型資源あることから、地球温暖化に影響
る二酸化炭素削減への寄与も大きく、性能
にも経済的にも非常に好ましい。
本発明においては、このような植物由来原
であって、最小長の平均が10μm以上で、最
長の平均が10cm以下のものを用いる。
ここで、「最小長の平均」とは、原料チッ
(この原料チップは、繊維状、粒子状などの
様々な形状をなす。)のうち、最も長さ(ない
径)の小さい部分の長さの平均値であり、「
最大長の平均」とは、原料チップのうち、最
も長さ(ないし径)の大きい部分の長さの平均
であり、これらは、以下のようにして測定
ることができる。
〈最小長、最大長の測定方法〉
最小長や最大長は、1mm~10cm程度の大きさに
いては、定規やノギス等により計測するこ
ができる。10μm~1mm程度の大きさにおいては
光学顕微鏡で観察し計測することができる
平均はランダムに抽出したサンプル10点の平
均とする。
原料の最小長の平均が小さ過ぎるとセルロ
スの精製工程における洗浄液の脱液速度が
くなり非効率であり、原料の最大長の平均
大き過ぎると取り扱い性が悪かったり、精
の効率が低下する。好ましくは原料の最小
の平均は50μm以上で、原料の最大長の平均
5cm以下、より好ましくは最小長の平均は50~10
0μmで、原料の最大長の平均は100~500μmである
従って、本発明においては、前述の植物由
原料を必要に応じてこのような適当な大き
のチップ状に切断ないし破砕して用いる。
この原料の切断ないし破砕は、後述の原 の精製等の表面処理を行う場合、その処理 、処理中、処理後のいずれの時期に行って よい。例えば、精製処理前であれば衝撃式 砕機や剪断式粉砕機などを用い、また精製 理中、処理後であればリファイナーなどを いて行うことができる。
<精製処理>
本発明においては、超音波処理に先立ち、
料を水性媒体中で精製処理して、原料中の
ルロース以外の物質、例えばリグニンやヘ
セルロース、樹脂(ヤニ)等を除去すること
好ましい。
精製処理に用いる水性媒体としては、一般
に水が用いられるが、酸又は塩基、その他
処理剤の水溶液であっても良く、この場合
は、最終的に水で洗浄処理しても良い。
また、精製処理時には温度や圧力をかけて
よく、また原料を、木材チップや木粉など
状態に破砕してもよく、この破砕は上述の
く、精製処理前、処理の途中、処理後、い
れのタイミングで行ってもかまわない。
原料の精製処理に使用する酸又は塩基、 の他の処理剤としては、特に限定されるも ではないが、例えば炭酸ナトリウム、炭酸 素ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化 リウム、水酸化マグネシウム、硫化ナトリ ム、硫化マグネシウム、水硫化ナトリウム 亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カルシウム、亜 酸マグネシウム、亜硫酸アンモニウム、硫 ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、酸化ナ リウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウ 、酢酸、シュウ酸、次亜塩素酸ナトリウム 次亜塩素酸カルシウム、亜塩素酸ナトリウ 、塩素酸ナトリウム、二酸化塩素、塩素、 塩素酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、 酸化水素、オゾン、ハイドロサルファイト アントラキノン、ジヒドロジヒドロキシア トラセン、テトラヒドロアントラキノン、 ントラヒドロキノン、またはエタノール、 タノール、2-プロパノールなどのアルコー 類およびアセトンなどの水溶性有機溶媒な が挙げられる。これらの処理剤は1種を単独 用いても、2種以上を併用してもよい。
また、必要に応じて、塩素やオゾン、次亜
素酸ナトリウム、過酸化水素、二酸化塩素
どで漂白処理を行っても良い。
また、2種以上の処理剤を用いて、2以上の
製処理を行うこともでき、その場合、異な
処理剤を用いた精製処理間で、水で洗浄処
することが好ましい。
上記の精製処理時の温度、圧力には特に 限はなく、温度は0℃以上100℃以下の範囲で 選択され、1気圧を超える加圧下での処理の 合、温度は100℃以上200℃以下とすることが ましい。また、無水酢酸等の有機酸などの 述の化学修飾剤を反応させて、セルロース 面の化学修飾を行っても良く、精製後に化 修飾を行っても良い。
<解繊処理>
セルロースを微細化する分散機としては回
刃を有するミキサーなどのブレンダータイ
の分散機や高速で刃やスクリューを回転さ
スリットから吐出する際に剪断を受けるエ
テクニック社製のクレアミックスなどの高
回転式ホモジナイザー、細孔から高圧で吐
されるときに剪断力を受ける高圧ホモジナ
ザー、更に高圧で圧縮し、圧力を開放する
イプのスギノマシン社製のアルティマイザ
などの超高圧ホモジナイザー、マスコマイ
ーXのような対向衝突型の分散機(増幸産業
製)、ボールミルやビーズミルなどのセラミ
クス製ビーズと一緒にセルロース繊維を容
に入れ、ビーズの衝突によるエネルギーで
繊する方法等、エネルギー密度の高いホー
型などの超音波ホモジナイザー等を用いる
とが好ましい。特に100MPa以上の高圧雰囲気
から細孔を通して噴出させて減圧する超高
ホモジナイザーはセルロース繊維を均一に
細化するのに有効である。
具体的には、セルロース分散液を増圧機 100MPa以上、好ましくは150MPa以上、より好ま くは200MPa以上、更に好ましくは220MPa以上に 圧し、細孔直径50μm以上、好ましくは100μm 上、より好ましくは150μm以上で、又、800μm 下、好ましくは500μm以下、より好ましくは35 0μm以下のノズルから噴出させ、圧力差が50MPa 以上、好ましくは80MPa以上、より好ましくは9 0MPa以上となるように減圧する。この圧力差 生じるへき開現象により、セルロース繊維 微細に解繊される。この噴出動作は必要に じて複数回繰り返すことができる。通常1回 上、好ましくは3回以上、より好ましくは5 以上、更に好ましくは10回以上である。通常 100回以下であり、好ましくは50回以下、より ましくは20回以下、更に好ましくは15回以下 である。繰り返し数が多いほど微細化の程度 を上げることができる。しかし、過度に多い とコスト高やエネルギー消費量が多くなり好 ましくない。
<超音波処理>
この他に、15kHz以上1MHz以下の周波数で、実
出力密度が1W/cm 2
以上である超音波ホモジナイザーもセルロー
ス繊維を微細化するのに有効である。具体的
には、セルロース繊維の懸濁液に15kHz以上、
ましくは20kHz以上の周波数であり、1MHz以下
好ましくは500kHz以下、より好ましくは100kHz
下の周波数で超音波を照射する。超音波の
波数が小さすぎるとキャビテーションの発
が生じにくく、大きすぎると物理的な作用
発生させにくい。また、超音波の出力とし
は、実効出力密度が1W/cm 2
以上、好ましくは10W/cm 2
以上、より好ましくは20W/cm 2
以上、更に好ましくは50W/cm 2
以上である。超音波の出力が小さいと微細化
効率が極端に低下し、十分な微細化を行うた
めには長時間の照射が必要となり実用的では
ない。また、実効出力密度が500W/cm 2
以下が振動子やホーンの耐久性から好適であ
る。超音波の実効出力密度は水500mLの温度上
から計算することができる。容器に水を500m
L量り入れ、超音波を照射した時の上昇した
度を測定し、下記式(X)に従って計算するこ
で求められる。
P=(T/s)×4.18×500/A…(X)
ここで、Pは超音波の実効出力密度(W/cm 2
)、Tは上昇温度(℃)、sは超音波の照射時間(秒
)、Aは超音波の振動面の面積(cm 2
)であり、ホーンタイプの場合はその端面お
び、節状に振動面がある場合はその面積で
る。浴槽式などの場合は振動子の取り付け
ある面が振動するためその面積に相当する
超音波の照射方法は各種の方法が利用で る。例えば、超音波振動子の振動を伝える ーンを直接上記のセルロース分散液に挿入 ることにより、直接セルロース繊維を解繊 る方法や、セルロース分散液を入れた容器 床や壁の一部に超音波振動子を設置してセ ロースを解繊する方法や、超音波振動子を 着した容器に水等の液体を入れ、その中に ルロース分散液を入れた容器を漬すことに り、水等の液体を介して間接的に超音波振 をセルロース分散液に与えて解繊する方法 利用できる。中でも、ホーンを直接セルロ ス分散液に挿入する方法は直接超音波エネ ギーを伝達することできるので効率がよく 好適に利用される。セルロース分散液は一 の量を一定時間超音波処理した後、全量を れ替えるバッチ式の処理方法で解繊処理を ても良く、また、ホーンの近傍や、床や壁 超音波振動子を設置した処理容器に一定量 セルロース分散液を流通させて、連続的に 音波を当てる方法も利用できる。一つの処 容器の中に超音波振動子を複数設置しても いし、一つの処理容器に一つの振動子を設 した処理容器を複数個繋げて用いても良い 特に連続的にセルロース分散液を流して処 する場合、振動子を有する処理容器を縦列 繋ぐ方法は、効率の面から好適である。そ 際に、複数の振動子は同一の周波数でも良 し、周波数を変化させても良い。超音波処 を行うと、与えたエネルギーが熱に変換さ てセルロース分散液の温度が上昇する。従 て、一定の処理条件で解繊処理を行うため 、冷却もしくは加熱などにより、セルロー 分散液の温度を一定にするのが好ましい。 度は1℃~80℃が好ましい。より好ましくは10 ~60℃、更に好ましくは15℃~40℃である。1℃ 下では水を溶媒に用いた場合、凍ってしま 。固体の氷ではキャビテーションの発生が 難であり、また、水と氷が混在している場 には、氷の表面でキャビテーションが発生 てエネルギーを消費するため、セルロース 解繊効率が低下する。温度が80℃以上では 超音波振動子面に微小な水蒸気が発生し、 ネルギー効率が低下するため問題である。
本発明において、超音波を照射するセル ース分散液のセルロース濃度は、0.01~10重量 %、特に0.1~5重量%、とりわけ0.2~2重量%である とが好ましい。超音波を照射するセルロー 分散液のセルロース濃度が低過ぎると非効 であり、高過ぎると粘度が高くなり解繊処 が不均一になる。従って、本発明において 、超音波処理に供されるセルロース分散液 セルロース濃度が上記所定濃度となるよう 、必要に応じて水及び/又は有機溶媒を添加 る。
なお、セルロース分散液の分散媒として 有機溶媒としてはメタノール、エタノール イソプロピルアルコール、n-プロピルアル ール、n-ブタノール等のアルコール類、アセ トンやメチルエチルケトン等のケトン類、そ の他水溶性の有機溶剤の1種又は2種以上を用 ることができるが、好ましくは、分散媒は 機溶媒と水との混合液又は水であり、特に 水であることが好ましい。
また、超音波を照射するセルロース分散 中のセルロース繊維の繊維径は、10μm以下 特に2μm以下であることが好ましい。さらに ましくは1μm以下であることが好ましい。
なお、超音波処理前のセルロース分散液 のセルロース繊維の繊維径は、光学顕微鏡 より確認することができる。また、超音波 理等により生成したナノサイズの微細セル ース繊維の繊維径は、分散液中の分散媒を 燥除去した後、SEMやTEM等で観察することに り計測して求めることができる。
超音波照射の処理時間は、分散液中のセル
ース繊維が所望の微細化度に微細化される
うな時間であれば良く、用いた超音波の出
や周波数、超音波照射前のセルロース繊維
繊維径等により適宜設定される。
超音波は連続的に照射しても良く、所定の
隔で間欠的に照射しても良い。例えば、0.1~
0.9秒間の超音波照射と0.9~0.1秒間の休止運転
を交互に繰り返し行う方法であっても良い
超音波処理によりセルロース繊維が微細化
れる原理は完全に解明されているわけでは
いが、以下の現象が発生していると推測さ
る。
即ち、水などの液体中にセルロース繊維が
濁、分散している状態で、超音波を照射す
と、超音波振動子から発生した超音波がセ
ロース繊維に当たり、セルロース繊維と水
の界面にキャビテーションが発生する。発
したキャビティは急激に収縮して消滅する
、その際に、周辺に大きな剪断力を発生さ
る。これによりセルロース繊維の表面から
細なセルロース繊維が剥離されることによ
、微細セルロース繊維が生成する。
特に、本発明においては、前述の超音波 理に先立ち、様々な解繊方法で、予めある 度の大きさにセルロース繊維を解繊してお ことが好ましい。即ち、超音波処理に供さ るセルロース繊維の繊維径が小さいほど、 音波を受けるセルロース繊維の表面積が大 くなるため超音波照射効率が向上し、効率 な微細化を行って、ナノサイズの微細セル ース繊維を効率的に得ることができるよう なる。このため、超音波処理に供されるセ ロース繊維の繊維径は10μm以下であること 好ましく、特に2μm以下であることが好まし 。
このための超音波処理に先立つ解繊処理 法としては、特に制限はないが、例えば、 径1mm程度のセラミック製ビーズを濃度0.1~10 量%、例えば1重量%程度の微細セルロース繊 分散液に入れ、ペイントシェーカーやビー ミル等を用いて振動を与え、セルロースを 繊する方法などが挙げられる。
また、ブレンダータイプの分散機や高速 転するスリットの間に、このような微細セ ロース繊維分散液を通して剪断力を働かせ 解繊する方法、前述のように、微細セルロ ス繊維分散液を14MPa程度の圧力から急に減 することによって、セルロース繊維間に剪 力を発生させて解繊する方法(高圧ホモジナ ザー法)、マスコマイザーXのような対向衝 型の分散機(増幸産業社製)等を用いる方法な どを採用することができる。
中でも、30MPa以上の圧力から急に減圧す ことによる解繊を行う高圧ホモジナイザー 理を行った後、超音波処理を行うと解繊の 率が著しく向上する。これは、上記の高圧 モジナイザー処理により、繊維径が数百μm 度の大きさであったセルロース繊維が数μm 下に解繊され、超音波の照射効率が向上す ことによる。
このように、原料分散液を高圧雰囲気下 ら噴出させて減圧することにより解繊する 合は、例えばセルロース原料の水性媒体、 ましくは水懸濁液であって、セルロース濃 (固形分濃度)0.2重量%以上10重量%以下、特に0 .3重量%以上6重量%以下の液を100MPa以上の高圧 囲気下から噴出させる。この解繊処理に供 る分散液中のセルロース濃度が低過ぎると 理するセルロース量に対して液量が多くな 過ぎ効率が悪く、セルロース濃度が高過ぎ と細孔からの噴出が困難になる場合がある め、解繊処理に供する原料分散液は適宜水 添加するなどして濃度調整する。
原料分散液の噴出手段としては、前述の く高圧ホモジナイザーを用いるのが好まし 、具体的には原料分散液を増圧機で30MPa以 、好ましくは100MPa以上、より好ましくは150MP a以上、更に好ましくは220MPa以上に加圧し、 孔直径50μm以上のノズルから噴出させ、圧力 差が30MPa以上、好ましくは80MPa以上、より好 しくは90MPa以上となるように減圧する。この 圧力差で生じるへき開現象により、セルロー ス繊維を解繊する。ここで、高圧条件の圧力 が低い場合や、高圧から減圧条件への圧力差 が小さい場合には、解繊効率が下がり、所望 の繊維径とするための繰り返し噴出回数が多 く必要となるため好ましくない。また、原料 分散液を噴出させる細孔の細孔直径が大き過 ぎる場合にも、十分な解繊効果が得られず、 この場合には、噴出処理を繰り返し行っても 、所望の繊維径のセルロース繊維が得られな いおそれもある。
原料分散液の噴出は、必要に応じて複数 繰り返すことにより、微細化度を上げて所 の繊維径のセルロース繊維を得ることがで る。この繰り返し回数(パス数)は、通常1回 上、好ましくは3回以上で、通常20回以下、 ましくは15回以下である。パス数が多い程 微細化の程度を上げることができるが、過 にパス数が多いとコスト高となるため好ま くない。
高圧ホモジナイザーとしては特に限定はな
が、具体的装置としては、ガウリン社製や
ギノマシーン社製の「アルティマイザー」
用いることができる。
噴出時の高圧条件は高い程、圧力差により
きなへき開現象でより一層の微細化を図る
とができるが、装置仕様の上限として、通
245MPa以下である。
同様に、高圧条件から減圧下への圧力差も
きいことが好ましいが、一般的には、増圧
による加圧条件から大気圧下に噴出するこ
で、圧力差の上限は通常245MPa以下である。
また、原料分散液を噴出させる細孔の直 は小さければ容易に高圧状態を作り出せる 、過度に小さいと噴出効率が悪くなる。こ 細孔直径は50μm以上800μm以下、好ましくは10 0μm以上500μm以下、より好ましくは150μm以上35 0μm以下である。
噴出時の温度(原料分散液温度)には特に 限はないが、通常5℃以上100℃以下である。 度が高すぎると装置、具体的には送液ポン や高圧シール部等の劣化を早める恐れがあ ため好ましくない。
なお、噴出ノズルは1本でも2本でもよく 噴出させたセルロースを噴出先に設けた壁 ボール、リングにぶつけてもよい。更にノ ルが2本の場合には噴出先でセルロース同士 衝突させてもよい。
なお、このような高圧ホモジナイザーに る処理のみでも、本発明の微細セルロース 維分散液を得ることは可能であるが、その 合には、十分な微細化度とするための繰り し回数が多くなり、処理効率が悪いことか 、1~5回程度の高圧ホモジナイザー処理後に 述の超音波処理を行って微細化することが ましい。
<溶媒含有量>
本発明においては、前述の植物由来原料を
溶媒含有量10重量%以下に乾燥することなく
られたセルロース繊維分散液に、前述の超
波処理を施すことが好ましい。
この「溶媒含有量10重量%以下に乾燥するこ
なく」とは、植物由来原料を、一旦水等の
媒に濡れた状態とした後は、溶媒含有量10
量%以下に乾燥させる工程を全く経ることな
、溶媒含有量10重量%以上で常に水等の溶媒
濡れた状態としたまま、超音波照射による
細化処理を行うことを意味する。
溶媒含有量10重量%以下に乾燥した状態を経
セルロース分散液に対して超音波を照射し
場合には、水素結合によりセルロース繊維
強固に凝集するため解繊されにくい。
なお、ここで「溶媒含有量」とは「水等の
媒とセルロース原料ないしはセルロース繊
等の固形分との合計に対する溶媒の割合」
ある。
本発明においては、この溶媒含有量は、特に
20重量%以上、とりわけ50重量%以上に維持して
超音波処理に供することが好ましい。
この溶媒含有量は、JAPAN TAPPI No.56に準拠し
た方法で求められる。
[微細セルロース繊維分散液]
本発明の微細セルロース繊維分散液は、セ
ロースI型結晶を有し、下記一般式(1)で表さ
れる繰り返し単位を有するセルロース及び/
はその誘導体よりなる繊維(以下「本発明の
ルロース繊維」と称す場合がある。)の分散
液であって、25℃において測定されるずり速
10s -1
における粘度が100mPa・s以下となるように調
した該分散液に対して、遠心分離機にて38900
Gの加速度を30分間かけたとき、全体積におけ
る上澄み10%に含まれる前記セルロース及び/
はその誘導体の濃度が遠心分離機にかける
の該分散液の前記セルロース及び/又はその
導体の濃度の50%以上であることを特徴とす
。
<微細化度>
本発明の微細セルロース繊維分散液に含ま
るセルロース繊維は、25℃において測定さ
るずり速度10s -1
における粘度が100mPa・s以下となるように調
した該分散液に対して、遠心分離機にて38900
Gの加速度を30分間かけたとき、全体積におけ
る上澄み10%に含まれるセルロース及び/又は
の誘導体の濃度が遠心分離機にかける前の
分散液のセルロース及び/又はその誘導体の
度の50%以上である程度に微細化されている
とを特徴とする(以下において、遠心分離前
の分散液中のセルロース及び/又はその誘導
の濃度に対する、遠心分離後の上記上澄み
含まれるセルロース及び/又はその誘導体の
度の割合(百分率)を「セルロース残存率」
称し、「セルロース及び/又はその誘導体濃
」を単に「セルロース濃度」と称す場合が
る。)。
このセルロース残存率が大きい程、分散液
のセルロース繊維が十分に微細化されて、
常に細かい極細繊維とされていることを示
。この理由は次の通りである。
即ち、遠心分離機で大きな加速度を与えた
合、分散液中の水等の分散媒よりも比重の
きいセルロース繊維は沈降するが、繊維径
小さいセルロース繊維程、遠心力による沈
速度が小さくなり、一定時間内には沈降し
くなる。しかし、繊維径の太い繊維にかか
遠心力は大きくなり、早期に沈降する。こ
ような遠心力による沈降性の理論により、
定時間内に沈降する繊維量に応じて、遠心
離後の上澄み液中のセルロース濃度と初期
度とで濃度差が発生する。従って、分散液
上記の一定の遠心力を作用させて一定の時
後に上澄みに含まれるセルロース濃度を測
することにより、繊維径の小さい繊維が多
含まれているか否かを数値として評価する
とが可能となる。
ただし、分散液の粘度が高い場合には、セ
ロース繊維が凝集してゲル構造をとるため
太い繊維が含まれていても遠心分離で沈降
ないため、セルロース残存率では微細化度
確認し得ない。従って、ずり速度が10s -1
の時の粘度(定常ずり粘度)が100mPa・s以下、例
えば1~100mPa・sの比較的セルロース繊維濃度が
低く、低粘度の分散液に対して、上記のよう
な遠心分離による評価を行う。
なお、セルロース繊維分散液の定常ずり粘
は、粘弾性測定装置(RHEOMETRIC SCIENTIFIC社製
ARES100FRT)を用いて測定することができ、具体
的には、後述の実施例の項に示される方法で
測定することができる。
また、セルロース残存率についても、具体
には後述の実施例の項に示される方法で測
される。
このセルロース残存率が小さ過ぎると、微
かつ均一な繊維径のセルロース繊維が均一
分散した微細セルロース繊維分散液を提供
るという本発明の目的を達成し得ない。
本発明において、セルロース残存率は、50%
上であり、好ましくは70%以上であり、更に
ましくは80%以上である。
更にまた、本発明の微細セルロース繊維分 液は、25℃において測定されるずり速度10s -1 における粘度が100mPa・s以下となるように調 した該分散液に対して、遠心分離機にて38900 Gの加速度を30分間かけたとき、全体積におけ る上澄み10%に含まれるセルロース濃度が、遠 心分離機にかける前の該分散液のセルロース 濃度の50%以上であり、特に60%以上であり、と りわけ70%以上であることが好ましい。
<可視光透過率>
本発明の微細セルロース繊維分散液は、分
液中のセルロース繊維の繊維径が非常に細
ため、可視光の光線透過率が高い。即ち、
い繊維を含むセルロース分散液はその太い
維によって光が散乱されるため、光線透過
は低下し、白濁して見える。特に、低波長
光は散乱されやすく、透過率が低下するが
本発明の微細セルロース繊維分散液は波長4
00nmの光でも高い透過率を得ることができる
従って、本発明の微細セルロース繊維分散
は、波長400nmの光線透過率が通常60%以上で
り、好ましくは70%以上であり、更に好まし
は80%以上である。また、波長550nmの光線透過
率が通常70%以上であり、好ましくは80%以上で
あり、更に好ましくは85%以上である。また、
波長800nmの光線透過率が通常80%以上であり、
ましくは85%以上であり、更に好ましくは88%
上である。
なお、微細セルロース繊維分散液の可視光
過率は、具体的には後述の実施例の項に示
れる方法で測定される。
<繊維長>
本発明の微細セルロース繊維分散液中のセ
ロース繊維の長さについては特に限定され
いが、平均長さで100nm以上が好ましい。繊
の平均長さが短か過ぎると、これを用いた
ルロース繊維平面構造体等の強度が不十分
なる恐れがある。
なお、セルロース繊維の繊維長さは、前述の
セルロース繊維の繊維径と同様に測定するこ
とができる。
<分散媒>
本発明の微細セルロース繊維分散液の分散
は、通常、水であるが、後述の超音波処理
項で例示する有機溶媒の1種又は2種以上の
合溶媒であっても良く、また、水と有機溶
の1種又は2種以上の混合溶媒であっても良い
。
また、この分散媒は更に界面活性剤、紙力
強剤、柔軟剤、サイズ剤等の1種又は2種以
を含むものであっても良い。
界面活性剤としては、例えば、脂肪酸塩、
ルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレ
アルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキ
ベンゼンスルフォン酸塩、アルキルナフタ
ンスルフォン酸塩、アルキルスルホコハク
塩、アルキルジフェニルエーテルジスルフ
ン酸塩、アルキルリン酸塩、ナフタレンス
フォン酸ホルマリン縮合物、特殊ポリカル
ン酸型高分子界面活性剤等の陰イオン性界
活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテ
ル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル
、ポリオキシエチレン誘導体、ソルビタン脂
肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタ
ン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソル
ビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸
エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステ
ル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ア
ルキルアルカノールアミド等の非イオン性界
面活性剤;アルキルアミン塩、第四級アンモ
ウム塩等の陽イオン性界面活性剤;アルキル
タイン、アミンオキサイド等の両性界面活
剤等が挙げられる。
紙力増強剤としては、例えば、ホフマン系
アニオン系、澱粉グラフト系、液状カチオ
澱粉、PAM系が挙げられる。
柔軟剤としては、例えば星光PMC社製FS8006が
げられる。
サイズ剤としては、例えばアルキルケテン
イマー等、ロジン又は変性ロジン等、スチ
ンまたはスチレンアクリレート系ポリマー
、脂肪酸系誘導体等が挙げられる。
微細化を行う際のセルロース分散液のセ ロース濃度は0.05重量%以上、好ましくは0.1 量%以上、さらに好ましくは0.3重量%以上であ ることが好ましい。セルロース濃度が低すぎ ると濾過や塗布するのに時間がかかりすぎる 。また、セルロース濃度は10重量%以下、好ま しくは3重量%以下、さらに好ましくは2.0重量% 以下であることが好ましい。セルロース濃度 が高すぎると粘度が高くなりすぎたり、均一 な微細セルロースが得られなかったりするの で好ましくない。
濾過によって不織布を得る場合、セルロ ス分散液の濃度は、0.01重量%以上、好まし は0.05重量%以上、さらに好ましくは0.1重量% 上であることが好ましい。濃度が低すぎる 濾過に膨大な時間がかかるため好ましくな 。また、セルロース分散液の濃度は1.5重量% 下、好ましくは1.2重量%以下、さらに好まし くは1.0重量%以下であることが好ましい。濃 が高すぎると均一な不織布が得られないた 好ましくない。
また、濾過時の濾布としては、微細化した
ルロースは通過せずかつ濾過速度が遅くな
すぎないことが重要である。このような濾
としては、有機ポリマーからなる不織布、
物、多孔膜であることが好ましい。有機ポ
マーとしてはポリエチレンテレフタレート
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテト
フルオロエチレン(PTFE)等のような非セルロ
ス系の有機ポリマーが好ましい。
具体的には孔径0.1~5μm、例えば1μmのポリテ
ラフルオロエチレンの多孔膜、孔径0.1~5μm
例えば1μmのポリエチレンテレフタレートや
リエチレンの織物等が挙げられる。
本発明のセルロース不織布はある範囲の 隙率を有することが好ましいが、このよう 空隙率の不織布を得る方法として、濾過に る製膜工程において、不織布中の水を最後 アルコール等の有機溶媒に置換する方法を げることができる。これは、濾過により水 除去し、セルロース含量が5~99重量%になっ ところでアルコール等の有機溶媒を加える のである。又は、セルロース分散液を濾過 置に投入した後、アルコール等の有機溶媒 分散液の上部に静かに投入することによっ も濾過の最後にアルコール等の有機溶媒と 換することができる。
ここで用いるアルコール等の有機溶媒と ては、特に限定されるものではないが、例 ばメタノール、エタノール、1-プロパノー 、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノ ル等のアルコール類の他、アセトン、メチ エチルケトン、テトラヒドロフラン、シク ヘキサン、トルエン、四塩化炭素等の1種又 2種以上の有機溶媒が挙げられる。非水溶性 有機溶媒を用いる場合は、水溶性有機溶媒と の混合溶媒にするか水溶性有機溶媒で置換し た後、非水溶性有機溶媒で置換することが好 ましい。
<化学修飾>
化学修飾については、不織布に製膜する前
セルロースに行ってもよいし、不織布に製
してから化学修飾を行ってもよい。
不織布に製膜する前のセルロースに化学修
する場合、原料の粗セルロースを化学修飾
てもよいし、精製後のセルロースに化学修
してもよいし、微細セルロースに化学修飾
てもよいが、化学修飾剤を効率的に反応で
る点で、精製後のセルロースに化学修飾す
ことが好ましい。
この場合、化学修飾は通常の方法をとるこ
ができるが、通常精製後のセルロースは含
状態であるので、この水を反応溶媒等と置
して、化学修飾剤と水との反応を極力抑制
ることが重要である。また、ここで水を除
するために乾燥すると、後の微細化が進行
にくくなるため乾燥工程を入れることは好
しくない。
化学修飾は、通常の方法をとることができ
。すなわち、常法に従って、セルロースと
学修飾剤とを反応させることによって化学
飾を行うことができる。この際、必要に応
て溶媒や触媒を用いたり、加熱、減圧等を
ってもよい。触媒としてはピリジンやトリ
チルアミン、水酸化ナトリウム、酢酸ナト
ウム等の塩基性触媒や、酢酸、硫酸、過塩
酸等の酸性触媒を用いることが好ましい。
温度条件としては、高すぎるとセルロース
黄変や重合度の低下等が懸念され、低すぎ
と反応速度が低下することから10~130℃が好
しい。反応時間は化学修飾剤や化学修飾率
もよるが数分から数十時間である。
このようにして化学修飾を行った後は、反
を終結させるために水で十分に洗浄するこ
が好ましい。未反応の化学修飾剤が残留し
いると、後で着色の原因になったり、樹脂
複合化する際に問題になったりするので好
しくない。この後、化学修飾されたセルロ
スが、粗セルロースであれば精製を行いさ
に微細化して製膜して不織布とするし、精
後のセルロースであれば、微細化して製膜
て不織布とするし、微細セルロースであれ
、製膜して不織布とする。不織布とすると
る際は、濾過の最後に有機溶媒で置換する
不織布の化学修飾は、上述のように、不織
を製造後、アルコール等の有機溶媒で置換
た後、更に不織布を乾燥した後に行っても
乾燥せずに行っても構わないが、乾燥した
に行った方が化学修飾の反応速度が速くな
ため好ましい。乾燥する場合は送風乾燥、
圧乾燥してもよいし、加圧乾燥してもよい
また、加熱しても構わない。
不織布の化学修飾も、通常の方法をとるこ
ができ、上述のとおりである。
化学修飾を行った後は、反応を終結させ ために水で十分に洗浄することが好ましい 未反応の化学修飾剤が残留していると、後 着色の原因になったり、樹脂と複合化する に問題になったりするので好ましくない。 た、水で十分に洗浄した後、さらに残留す 水をアルコール等の有機溶媒で置換するこ が好ましい。この場合、不織布をアルコー 等の有機溶媒に浸漬しておくことで容易に 換することができる。
<乾燥>
不織布に製膜する前に化学修飾を行った場
も、不織布に製膜してから化学修飾を行っ
場合も、最後に不織布を乾燥するが、送風
燥又は減圧乾燥してもよいし、加圧乾燥し
もよい。また、加熱乾燥しても構わない。
熱する場合、温度は50℃以上が好ましく、80
℃以上がより好ましく、また、250℃以下が好
ましく、150℃以下がより好ましい。加熱温度
が低すぎると乾燥に時間がかかったり、乾燥
が不十分になる可能性があり、加熱温度が高
すぎると不織布が着色したり、分解したりす
る可能性がある。また、加圧する場合は0.01MP
a以上が好ましく、0.1MPa以上がより好ましく
また、5MPa以下が好ましく、1MPa以下がより好
ましい。圧力が低すぎると乾燥が不十分にな
る可能性があり、圧力が高すぎるとセルロー
ス不織布がつぶれたり分解する可能性がある
。
[マトリクス材料]
上述の本発明のセルロース不織布、セルロ
ス粒子はマトリクス材料と複合化されて、
発明のセルロース繊維複合体となる。
本発明において、マトリクス材料とは、本
明のセルロース不織布の空隙を埋める材料
造粒したセルロース粒子を混練する材料、
あり、好ましくは高分子材料である。
本発明において、マトリクス材料として 適な高分子材料は、加熱することにより流 性のある液体になる熱可塑性樹脂、加熱に り重合する熱硬化性樹脂、紫外線や電子線 どの活性エネルギー線を照射することによ 重合硬化する、活性エネルギー線硬化性樹 等から得られる少なくとも1種の樹脂である 。以下に具体的なマトリクス材料を例示する が、本発明で用いるマトリクス材料は何ら以 下のものに限定されるものではない。また、 本発明における熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂 、光硬化性樹脂は2種以上混合して用いるこ ができる。
本発明においては、以下の高分子材料の ち、特に、非晶質である合成高分子が、透 性に優れた高耐久性の高分子セルロース複 体を得る上で好ましく、このうち非晶質の 度としては、結晶化度で10%以下、特に5%以 であるものが好ましい。また、低吸水性の 合体を得るためには、ヒドロキシル基、カ ボキシル基、アミノ基などの親水性の官能 が少ない高分子材料を選定することが好ま い。
<熱可塑性樹脂>
熱可塑性樹脂としては、スチレン系樹脂、
クリル系樹脂、芳香族ポリカーボネート系
脂、脂肪族ポリカーボネート系樹脂、芳香
ポリエステル系樹脂、脂肪族ポリエステル
樹脂、脂肪族ポリオレフィン系樹脂、環状
レフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリ
ェニレンエーテル系樹脂、熱可塑性ポリイ
ド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリス
ホン系樹脂、非晶性フッ素系樹脂等が挙げ
れる。
スチレン系樹脂としては、スチレン、ク ルスチレン、ジビニルベンゼン、α-メチル チレン等の重合体及び共重合体が挙げられ 。
アクリル系樹脂としては、(メタ)アクリ 酸、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリ 酸エステル、(メタ)アクリルアミド等の重 体及び共重合体が挙げられる。ここで「(メ )アクリル」とは、「アクリル及び/又はメ クリル」を意味する。(メタ)アクリル酸エス テルとは(メタ)アクリル酸アルキルエステル シクロアルキルエステル基を有する(メタ) クリル酸系単量体、(メタ)アクリル酸アルコ キシアルキルエステル等が挙げられる。(メ )アクリル酸アルキルエステルとしては、(メ タ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチ ル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリ 酸2-エチルへキシル、(メタ)アクリル酸シク ヘキシル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メ )アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ス アリル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチ 等が挙げられる。シクロアルキル基を有す (メタ)アクリル酸系単量体としては、(メタ) クリル酸シクロヘキシル、イソボルニル(メ タ)アクリレート等が挙げられる。(メタ)アク リル酸アルコキシアルキルエステルとしては 、(メタ)アクリル酸2-メトキシエチル、(メタ) アクリル酸エトキシエチル、(メタ)アクリル 2-ブトキシエチル等が挙げられる。(メタ)ア クリルアミド類としては、(メタ)アクリルア ド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-エチ (メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ) クリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリル ミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド N-t-オクチル(メタ)アクリルアミド等のN置換 (メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
芳香族ポリカーボネート系樹脂とは、3価 以上の多価フェノール類を共重合成分として 含有できる1種以上のビスフェノール類と、 スアルキルカーボネート、ビスアリールカ ボネート、ホスゲン等の炭酸エステル類と 反応により製造される共重合体であり、必 に応じて芳香族ポリエステルカーボネート とするために共重合成分としてテレフタル やイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸 はその誘導体(例えば芳香族ジカルボン酸ジ ステルや芳香族ジカルボン酸塩化物)を使用 してもよいものである。
前記ビスフェノール類としては、ビスフ ノールA、ビスフェノールC、ビスフェノー E、ビスフェノールF、ビスフェノールM、ビ フェノールP、ビスフェノールS、ビスフェノ ールZ(略号はアルドリッチ社試薬カタログを 照)等が例示され、中でもビスフェノールA ビスフェノールZが好ましく、ビスフェノー Aが特に好ましい。共重合可能な3価フェノ ル類としては、1,1,1-(4-ヒドロキシフェニル) タンやフロログルシノールなどが例示でき 。
脂肪族ポリカーボネート系樹脂としては 脂肪族ジオール成分及び/又は脂環式ジオー ル成分とビスアルキルカーボネート、ホスゲ ン等の炭酸エステル類との反応により製造さ れる共重合体である。脂環式ジオールとして はシクロヘキサンジメタノールやイソソルバ イト等が挙げられる。
芳香族ポリエステル系樹脂としては、エ レングリコール、プロピレングリコール、1 ,4-ブタンジオール等のジオール類とテレフタ ル酸等の芳香族カルボン酸との共重合体が挙 げられる。また、ポリアリレートのように、 ビスフェノールA等のジオール類とテレフタ 酸やイソフタル酸等の芳香族カルボン酸と 共重合体も挙げられる。
脂肪族ポリエステル系樹脂としては、上 ジオールとコハク酸、吉草酸等の脂肪族ジ ルボン酸との共重合体やグリコール酸や乳 等のヒドロキシジカルボン酸との共重合体 が挙げられる。
脂肪族ポリオレフィン系樹脂としては、 体的には、例えば、エチレン、プロピレン 1-ブテン等の炭素数2~8程度のα-オレフィン 単独重合体、それらのα-オレフィンと、エ レン、プロピレン、1-ブテン、3-メチル-1-ブ ン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、4,4- メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1- キセン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-デセン 1-オクタデセン等の炭素数2~18程度の他のα- レフィン等との二元或いは三元の共重合体 ;具体的には、例えば、分岐状低密度ポリエ チレン、直鎖状高密度ポリエチレン等のエチ レン単独重合体、エチレン-プロピレン共重 体、エチレン-1-ブテン共重合体、エチレン- ロピレン-1-ブテン共重合体、エチレン-4-メ ル-1-ペンテン共重合体、エチレン-1-ヘキセ 共重合体、エチレン-1-ヘプテン共重合体、 チレン-1-オクテン共重合体等のエチレン系 脂、プロピレン単独重合体、プロピレン-エ チレン共重合体、プロピレン-エチレン-1-ブ ン共重合体等のプロピレン系樹脂、1-ブテン 単独重合体、1-ブテン-エチレン共重合体、1- テン-プロピレン共重合体等の1-ブテン系樹 、及び4-メチル-1-ペンテン単独重合体、4-メ チル-1-ペンテン-エチレン共重合体等の4-メチ ル-1-ペンテン系樹脂等の樹脂、並びに、エチ レンと他のα-オレフィンとの共重合体、1-ブ ンと他のα-オレフィンとの共重合体、更に 例えば1,4-ヘキサジエン、4-メチル-1,4-ヘキ ジエン、5-メチル-1,4-ヘキサジエン、6-メチ -1,5-ヘプタジエン、1,4-オクタジエン、7-メチ ル-1,6-オクタジエン、シクロヘキサジエン、 クロオクタジエン、ジシクロペンタジエン 5-メチレン-2-ノルボルネン、5-エチリデン-2- ノルボルネン、5-ブチリデン-2-ノルボルネン 5-イソプロペニル-2-ノルボルネン等の非共 ジエンとの二元或いは三元の共重合体等、 体的には、例えばエチレン-プロピレン共重 体、エチレン-プロピレン-非共役ジエン共 合体、エチレン-1-ブテン共重合体、エチレ -1-ブテン-非共役ジエン共重合体等のオレフ ン系ゴム等が挙げられ、これらのオレフィ 系重合体は2種以上が併用されていてもよい 。
環状オレフィン系樹脂とは、ノルボルネ やシクロヘキサジエン等、ポリマー鎖中に 状オレフィン骨格を含む重合体もしくはこ らを含む共重合体である。例えば、ノルボ ネン骨格の繰り返し単位、又はノルボルネ 骨格とメチレン骨格の共重合体よりなるノ ボルネン系樹脂が挙げられ、市販品として 、JSR社製の「アートン」、日本ゼオン社製 「ゼネックス」及び「ゼオノア」、三井化 社製の「アペル」、チコナ社製の「トーパ 」等が挙げられる。
ポリアミド系樹脂としては、6,6-ナイロン 、6-ナイロン、11-ナイロン、12-ナイロン、4,6- ナイロン、6,10-ナイロン、6,12-ナイロン等の 肪族アミド系樹脂や、フェニレンジアミン の芳香族ジアミンと塩化テレフタロイルや 化イソフタロイル等の芳香族ジカルボン酸 はその誘導体からなる芳香族ポリアミド等 挙げられる。
ポリフェニレンエーテル系樹脂としては 例えば、ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエ ーテル)、ポリ(2-メチル-6-エチル-1,4-フェニレ ンエーテル)、ポリ(2,6-ジクロロ-1,4-フェニレ エーテル)等が挙げられ、さらに2,6-ジメチ フェノールと他のフェノール類との共重合 も挙げられる。
ポリイミド系樹脂としては、無水ポリメ ット酸や4,4’-ジアミノジフェニルエーテル 等の共重合体であるピロメリット酸型イミド 、無水塩化トリメリット酸やp-フェニレンジ ミン等の芳香族ジアミンやジイソシアネー 化合物からなる共重合体であるトリメリッ 酸型ポリイミド、ビフェニルテトラカルボ 酸、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、p- ェニレンジアミン等からなるビフェニル型 リイミド、ベンゾフェノンテトラカルボン や4,4’-ジアミノジフェニルエーテル等から なるベンゾフェノン型ポリイミド、ビスマレ イミドや4,4’-ジアミノジフェニルメタン等 らなるビスマレイミド型ポリイミド等が挙 られる。
ポリアセタール系樹脂としては、オキシメ
レン構造を単位構造にもつホモポリマーと
オキシエチレン単位を含む共重合体が挙げ
れる。
ポリスルホン系樹脂としては、4,4’-ジクロ
ロジフェニルスルホンやビスフェノールA等
共重合体が挙げられる。
非晶性フッ素系樹脂としては、テトラフル
ロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、
ロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリ
ン、フッ化ビニル、ペルフルオロアルキル
ニルエーテル等の単独重合体又は共重合体
挙げられる。
これらの熱可塑性樹脂は、1種を単独で用い
ても良く、2種以上を併用しても良い。
<硬化性樹脂>
熱硬化性樹脂、活性エネルギー線硬化性樹
とは、硬化する前の前駆体もしくは硬化し
なる樹脂硬化物のことを意味する。ここで
駆体は、常温では液状、半固体状又は固形
等であって常温下又は加熱下で流動性を示
物質を意味する。これらは硬化剤、触媒、
又は活性エネルギー線の作用によって重合
応や架橋反応を起こして分子量を増大させ
がら網目状の三次元構造を形成してなる不
不融の樹脂となり得る。また、樹脂硬化物
は、上記熱硬化性樹脂前駆体又は光硬化性
脂前駆体が硬化してなる樹脂を意味する。
<<熱硬化性樹脂>>
本発明における熱硬化性樹脂としては、特
限定されるものではないが、エポキシ樹脂
オキセタン樹脂、アクリル樹脂、フェノー
樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和
リエステル樹脂、珪素樹脂、ポリウレタン
脂、ジアリルフタレート樹脂等の前駆体が
げられる。
上記エポキシ樹脂前駆体(エポキシモノマ ーと称する)としては、少なくとも1個のエポ シ基を有する有機化合物をいう。上記エポ シ樹脂前駆体中のエポキシ基の数としては 1分子あたり1個以上7個以下であることが好 しく、1分子あたり2個以上であることがよ 好ましい。ここで、前駆体1分子あたりのエ キシ基の数は、エポキシ樹脂前駆体中のエ キシ基の総数をエポキシ樹脂中の分子の総 で除算することにより求められる。上記エ キシ樹脂前駆体としては特に限定されず、 えば、以下に示したエポキシ樹脂等が挙げ れる。これらのエポキシ樹脂は単独でも2種 以上併用されてもよい。これらエポキシ樹脂 は硬化剤を用いてエポキシ樹脂前躯体を硬化 することにより得られる。
例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂 、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフ ノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキ 樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂 クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等の ノボラック型エポキシ樹脂;トリスフェノー ルメタントリグリシジルエーテル等の芳香族 エポキシ樹脂及びこれらの水添化物や臭素化 物等の前駆体が挙げられる。また、3,4-エポ シシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロ ヘキサンカルボキシレート、3,4-エポキシ-2- チルシクロヘキシル-3,4-エポキシ-2-メチルシ クロヘキサンカルボキシレート、ビス(3,4-エ キシシクロヘキシル)アジペート、ビス(3,4- ポキシシクロヘキシル)メチルアジペート、 ビス(3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシル)メ チルアジペート、ビス(2,3-エポキシシクロペ チル)エーテル等の脂環族エポキシ樹脂が挙 げられる。また、1,4-ブタンジオールのジグ シジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールのジ リシジルエーテル、グリセリンのトリグリ ジルエーテル、トリメチロールプロパンの リグリシジルエーテル、ポリエチレングリ ールのジグリシジルエーテル、ポリプロピ ングリコールのジグリシジルエーテル、炭 数が2~9(好ましくは2~4)のアルキレン基を含 ポリオキシアルキレングリコールやポリテ ラメチレンエーテルグリコール等を含む長 ポリオールのポリグリシジルエーテル等の 肪族エポキシ樹脂等が挙げられる。また、 タル酸ジグリシジルエステル、テトラヒド フタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサド フタル酸ジグリシジルエステル、ジグリシ ル-p-オキシ安息香酸、サリチル酸のグリシ ルエーテル-グリシジルエステル、ダイマー グリシジルエステル等のグリシジルエステ 型エポキシ樹脂及びこれらの水添化物等が げられる。また、トリグリシジルイソシア レート、環状アルキレン尿素のN,N’-ジグリ シジル誘導体、p-アミノフェノールのN,N,O-ト グリシジル誘導体のグリシジルアミン型エ キシ樹脂及びこれらの水添化物等が挙げら る。また、グリシジル(メタ)アクリレート 、エチレン、酢酸ビニル、(メタ)アクリル酸 エステル等のラジカル重合性モノマーとの共 重合体等が挙げられる。また、エポキシ化ポ リブタジエン等の共役ジエン化合物を主体と する重合体又はその部分水添物の重合体にお ける不飽和炭素の二重結合をエポキシ化した もの等が挙げられる。また、エポキシ化SBS等 のような、ビニル芳香族化合物を主体とする 重合体ブロックと、共役ジエン化合物を主体 とする重合体ブロック又はその部分水添化物 の重合体ブロックとを同一分子内にもつブロ ック共重合体における共役ジエン化合物の不 飽和炭素の二重結合をエポキシ化したもの等 が挙げられる。また1分子あたり1個以上、好 しくは2個以上のエポキシ基を有するポリエ ステル樹脂等が挙げられる。また、上記エポ キシ樹脂の構造中にウレタン結合やポリカプ ロラクトン結合を導入した、ウレタン変成エ ポキシ樹脂やポリカプロラクトン変成エポキ シ樹脂等が挙げられる。上記変成エポキシ樹 脂としては、例えば、上記エポキシ樹脂にNBR 、CTBN、ポリブタジエン、アクリルゴム等の ム成分を含有させたゴム変成エポキシ樹脂 が挙げられる。なお、エポキシ樹脂以外に 少なくとも1つのオキシラン環を有する樹脂 はオリゴマーが添加されてもよい。また、 ルオレン含有エポキシ樹脂、フルオレン基 含有する熱硬化性樹脂及び組成物、又はそ 硬化物も挙げられる。これらフルオレン含 エポキシ樹脂は、高耐熱であるため好適に いられる。
上記オキセタン樹脂としては、少なくと 1個のオキセタン環を有する前駆体(オキセ ンモノマーと称する)が重合してなる有機化 物をいう。上記オキセタン樹脂前駆体中の キセタン環の数としては、1分子あたり1個 上7個以下であることが好ましく、1分子あた り2個以上であることがより好ましい。ここ 、前駆体1分子あたりのオキセタン環の数は オキセタン樹脂前駆体中のオキセタン環の 数をオキセタン樹脂中の分子の総数で除算 ることにより求められる。上記オキセタン 脂前駆体としては特に限定されず、例えば 以下に示したオキセタン樹脂等が挙げられ 。これらは単独でも2種以上併用されてもよ い。
分子中に1個のオキセタンを有する化合物 としては、3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキ タン、3-エチル-3-(フェノキシメチル)オキセ タン、3-エチル-3-(2-エチルヘキシロキシメチ )オキセタン、3-エチル{[-3-(トリエトキシリ )プロポキシ]メチル}オキセタン、3-エチル-3 -メタクリロキシメチルオキセタンなどが挙 られる。分子中に2個のオキセタンを有する 合物としては、ジ[1-エチル(3-オキセタニル) ]メチルエーテル、1,4-ビス{[(3-エチル-3-オキ タニル)メトキシ]メチル}ベンゼン、4,4’-ビ [(3-エチル-3-オキセタニル)メトキシメチル] フェニル等が挙げられる。3~4個のオキセタ 環を有する化合物としては、分枝状のポリ ルキレンオキシ基やポリシロキシ基と3-ア キル-3-メチルオキセタンの反応物などが挙 られる。市販のオキセタン樹脂としてはア ンオキセタンOXT-101、OXT-121、OXT-211、OXT-221、O XT-212、OXT-610、OXT-213(東亞合成社製)、ETERNACOLL OXETANE EHO、OXBP、OXMA、OXTP(宇部興産社製)など が挙げられる。
オキセタン樹脂とエポキシ樹脂の比率に関
ては、これら混合物の100重量部の内、オキ
タン樹脂が5~95重量部であるのが好ましい。
より好ましくはオキセタン樹脂が20~90重量部
ある。オキセタン樹脂が5重量部より少ない
と、光硬化度が低下し、95重量部より多いと
硬化速度が低下して十分な物性の硬化物が
られない。
オキセタンモノマー以外にも共重合可能な
ノマーを共重合させても良い。例えば分子
にオキセタン環もしくはエポキシ環を有す
(メタ)アクリレートモノマーやアミン化合
、アミン化合物から合成されるポリアミノ
ミド化合物等の化合物、3級アミン化合物、
ミダゾール化合物、ヒドラジド化合物、メ
ミン化合物、酸無水物、フェノール化合物
メルカプト化合物などが挙げられる。
アクリル樹脂前駆体としては、分子内に1 個の(メタ)アクリロイル基を有する単官能(メ タ)アクリレート化合物、分子内に2個又は3個 の(メタ)アクリロイル基を有する多官能(メタ )アクリレート化合物、スチレン系化合物、 クリル酸誘導体、分子内に4~8個の(メタ)アク リロイル基を有するアクリレート化合物、エ ポキシ(メタ)アクリレート化合物、ウレタン 合を有する(メタ)アクリレート化合物など 挙げられる。
分子内に1個の(メタ)アクリロイル基を有 る単官能(メタ)アクリレート化合物として 、メチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ チル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)ア クリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、 クロヘキシル(メタ)アクリレートなどが挙 られる。
特に、脂環骨格を有するモノ(メタ)アクリ ートは、耐熱性が高くなるので、好適に利 することができる。脂環骨格モノ(メタ)アク リレート化合物の具体例としては、例えば( ドロキシ-アクリロイルオキシ)トリシクロ[5. 2.1.0 2,6 ]デカン、(ヒドロキシ-メタクリロイルオキシ )トリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン、(ヒドロキシ-アクリロイルオキシ) ンタシクロ[6.5.1.1 3,6 .0 2,7 .0 9,13 ]ペンタデカン、(ヒドロキシ-メタクリロイル オキシ)ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6 .0 2,7 .0 9,13 ]ペンタデカン、(ヒドロキシメチル-アクリロ イルオキシメチル)トリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン、(ヒドロキシメチル-メタクリロイル オキシメチル)トリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン、(ヒドロキシメチル-アクリロイルオ キシメチル)ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6 .0 2,7 .0 9,13 ]ペンタデカン、(ヒドロキシメチル-メタクリ ロイルオキシメチル)ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6 .0 2,7 .0 9,13 ]ペンタデカン、(ヒドロキシエチル-アクリロ イルオキシエチル)トリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン、(ヒドロキシエチル-メタクリロイル オキシエチル)トリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン、(ヒドロキシエチル-アクリロイルオ キシエチル)ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6 .0 2,7 .0 9,13 ]ペンタデカン、(ヒドロキシエチル-メタクリ ロイルオキシエチル)ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6 .0 2,7 .0 9,13 ]ペンタデカン等が挙げられる。また、これ の混合物等を挙げることが出来る。
分子中に2個又は3個の(メタ)アクリロイル基 を有する多官能(メタ)アクリレート化合物と ては、エチレングリコールジ(メタ)アクリ ート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリ レート、トリエチレングリコールジ(メタ)ア リレート、テトラエチレングリコール以上 ポリエチレングリコールのジ(メタ)アクリ ート、1,3-ブチレングリコールジ(メタ)アク レート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アク レート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)ア クリレート、2-ヒドロキシ1,3-ジ(メタ)アクリ キシプロパン、2,2-ビス[4-(メタ)アクリロイ オキシフェニル]プロパン、トリメチロール プロパントリ(メタ)アクリレート、ビス(ヒド ロキシ)トリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン=ジアクリレート、ビス(ヒドロキシ) リシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン=ジメタクリレート、ビス(ヒドロキシ )トリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン=アクリレートメタクリレート、ビス( ヒドロキシ)ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6 .0 2,7 .0 9,13 ]ペンタデカン=ジアクリレート、ビス(ヒドロ キシ)ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6 .0 2,7 .0 9,13 ]ペンタデカン=ジメタクリレート、ビス(ヒド ロキシ)ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6 .0 2,7 .0 9,13 ]ペンタデカン=アクリレートメタクリレート 2,2-ビス[4-(β-(メタ)アクリロイルオキシエト キシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(β-(メタ) アクリロイルオキシエトキシ)シクロヘキシ ]プロパン、1,4-ビス[(メタ)アクリロイルオキ シメチル]シクロヘキサン等が挙げられる。
スチレン系化合物としては、スチレン、ク
ルスチレン、ジビニルベンゼン、α-メチル
チレンなどが挙げられる。
エステル以外の(メタ)アクリル酸誘導体と
ては、アクリルアミド、メタクリルアミド
アクリロニトリル、メタクリロニトリルな
が挙げられる。
これらの中でも、含脂環骨格ビス(メタ)ア
リレート化合物が好適に用いられる。
例えばビス(アクリロイルオキシ)トリシクロ[
5.2.1.0 2,6
]デカン、ビス(メタクリロイルオキシ)トリシ
クロ[5.2.1.0 2,6
]デカン、(アクリロイルオキシ-メタクリロイ
ルオキシ)トリシクロ[5.2.1.0 2,6
]デカン、ビス(アクリロイルオキシ)ペンタシ
クロ[6.5.1.1 3,6
.0 2,7
.0 9,13
]ペンタデカン、ビス(メタクリロイルオキシ)
ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6
.0 2,7
.0 9,13
]ペンタデカン、(アクリロイルオキシ-メタク
リロイルオキシ)ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6
.0 2,7
.0 9,13
]ペンタデカン、ビス(アクリロイルオキシメ
ル)トリシクロ[5.2.1.0 2,6
]デカン、ビス(メタクリロイルオキシメチル)
トリシクロ[5.2.1.0 2,6
]デカン、(アクリロイルオキシメチル-メタク
リロイルオキシメチル)トリシクロ[5.2.1.0 2,6
]デカン、ビス(アクリロイルオキシメチル)ペ
ンタシクロ[6.5.1.1 3,6
.0 2,7
.0 9,13
]ペンタデカン、ビス(メタクリロイルオキシ
チル)ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6
.0 2,7
.0 9,13
]ペンタデカン、(アクリロイルオキシメチル-
メタクリロイルオキシメチル)ペンタシクロ[6
.5.1.1 3,6
.0 2,7
.0 9,13
]ペンタデカン、ビス(アクリロイルオキシエ
ル)トリシクロ[5.2.1.0 2,6
]デカン、ビス(メタクリロイルオキシエチル)
トリシクロ[5.2.1.0 2,6
]デカン、(アクリロイルオキシエチル-メタク
リロイルオキシエチル)トリシクロ[5.2.1.0 2,6
]デカン、ビス(アクリロイルオキシエチル)ペ
ンタシクロ[6.5.1.1 3,6
.0 2,7
.0 9,13
]ペンタデカン、ビス(メタクリロイルオキシ
チル)ペンタシクロ[6.5.1.1 3,6
.0 2,7
.0 9,13
]ペンタデカン、(アクリロイルオキシエチル-
メタクリロイルオキシエチル)ペンタシクロ[6
.5.1.1 3,6
.0 2,7
.0 9,13
]ペンタデカン等、及びこれらの混合物等を
げることが出来る。
これらのうち、ビス(アクリロイルオキシメ チル)トリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン、ビス(メタクリロイルオキシメチル) トリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカン及び(アクリロイルオキシメチル-メタ クリロイルオキシメチル)トリシクロ[5.2.1.0 2,6 ]デカンから選ばれるものが好ましい。これ のビス(メタ)アクリレートは、いくつか併用 することもできる。
分子内に4~8個の(メタ)アクリロイル基を する(メタ)アクリレートとしては、ポリオー ルの(メタ)アクリル酸エステル等が利用でき 。具体的には、ペンタエリスリテールテト (メタ)アクリレート、ペンタエリスリテー トリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリ トールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタ リスリトールペンタ(メタ)アクリレート、 ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレ ート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)ア リレート、トリペンタエリスリトールオク (メタ)アクリレート、トリペンタエリスリ ールセプタ(メタ)アクリレート、トリペンタ エリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、 リペンタエリスリトールペンタ(メタ)アク レート、トリペンタエリスリトールテトラ( タ)アクリレート、トリペンタエリスリトー ルトリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
次にエポキシ(メタ)アクリレートの具体 としては、例えば、ビスフェノールA型エポ シ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、 フェノールノボラック型エポキシ樹脂、脂環 式エポキシ基を有する化合物、ビスフェノー ルA型プロピレンオキサイド付加型の末端グ シジルエーテル、フルオレンエポキシ樹脂 と(メタ)アクリル酸との反応物を挙げること ができる。具体的にはビスフェノールAジグ シジルエーテル=ジ(メタ)アクリレート、ビ フェノールAジプロピレンオキサイドジグリ ジルエーテル=ジ(メタ)アクリレート、エチ ングリコールジグリシジルエーテル=ジ(メ )アクリレート、プロピレングリコールジグ シジルエーテル=ジ(メタ)アクリレート、ネ ペンチルグリコールジグリシジルエーテル= ジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオール ジグリシジルエーテル=ジ(メタ)アクリレート 、グリセリンジグリシジルエーテル=ジ(メタ) アクリレート、トリメチロールプロパントリ グリシジルエーテル=トリ(メタ)アクリレート 、2-ヒドリキシ-3-フェノキシプロピル(メタ) クリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメ ル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロ キシルエチル(メタ)アクリレート、3,4-エポ シシクロヘキシルブチル(メタ)アクリレー 、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルアミノ( メタ)アクリレートが挙げられる。
分子内にウレタン結合を有する(メタ)ア リレートとしては、1分子中に(メタ)アクリ イル基を2~10個(好ましくは2~5個)有するウレ ンオリゴマー等が挙げられる。例えば、ジ ール類及びジイソシアネー類を反応させて られるウレタンプレポリマーと、ヒドロキ 基含有の(メタ)アクリレートを反応させて製 造される(メタ)アクリロイル基含有ウレタン リゴマーがある。
ここで用いるジオール類としては、ポリ チレングリコール、ポリプロピレングリコ ル、ポリテトラメチレングリコール、ポリ キサメチレングリコール、ポリヘプタメチ ングリコール、ポリデカメチレングリコー あるいは二種以上のイオン重合性環状化合 を開環共重合させて得られるポリエーテル オール等が挙げられる。イオン重合性環状 合物としては、エチレンオキシド、プロピ ンオキシド、ブテン-1-オキシド、イソブテ オキシド、3,3-ビスクロロメチルオキセタン 、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トリオ キサン、テトラオキサン、シクロヘキセンオ キシド、スチレンオキシド、エピクロルヒド リン、グリシジルメタクリレート、アリルグ リシジルエーテル、アリルグリシジルカーボ ネート、ブタジエンモノオキシド、イソプレ ンモノオキシド、ビニルオキセタン、ビニル テトラヒドロフラン、ビニルシクロヘキセン オキシド、フェニルグリシジルエーテル、ブ チルグリシジルエーテル、安息香酸グリシジ ルエステル等の環状エーテル類が挙げられる 。また、上記イオン性重合性環状化合物と、 エチレンイミン等の環状イミン類、β-プロピ オラクトン、グリコール酸ラクチド等の環状 ラクトン酸、あるいはジメチルシクロポリシ ロキサン類とを開環共重合させたポリエーテ ルジオールを使用することもできる。上記二 種以上のイオン重合性環状化合物の具体的な 組み合わせとしては、テトラヒドロフランと プロピレンオキシド、テトラヒドロフランと 2-メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロ ランと3-メチルテトラヒドロフラン、テト ヒドロフランとエチレンオキシド、プロピ ンオキシドとエチレンオキシド、ブテンオ シドとエチレンオキシド等を挙げることが きる。これらのイオン重合性環状化合物の 環共重合体はランダムに結合していてもよ し、ブロック状の結合をしていてもよい。
ここまでに述べたこれらのポリエーテル オールは、例えばPTMG1000、PTMG2000(以上、三 化学社製)、PPG1000、EXCENOL2020、1020(以上、旭 ーリン社製)、PEG1000、ユニセーフDC1100、DC1800 (以上、日本油脂社製)、PPTG2000、PPTG1000、PTG400 、PTGL2000(以上、保土ヶ谷化学社製)、Z-3001-4、 Z-3001-5、PBG2000A、PBG2000B(以上、第一工業製薬 製)等の市販品としても入手することができ 。
上記のポリエーテルジオールの他にポリ ステルジオール、ポリカーボネートジオー 、ポリカプロラクトンジオール等が挙げら 、これらのジオールをポリエーテルジオー と併用して用いることもできる。これらの 造単位の重合様式は特に制限されず、ラン ム重合、ブロック重合、グラフト重合のい れであってもよい。ここで用いるポリエス ルジオールとしては、例えばエチレングリ ール、ポリエチレングリコール、プロピレ グリコール、ポリプロピレングリコール、 トラメチレングリコール、ポリテトラメチ ングリコール、1,6-ヘキサンジオール、ネオ ペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジ タノール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1 ,9-ノナンジオール、2-メチル-1,8-オクタンジ ール等の多価アルコールと、フタル酸、イ フタル酸、テレフタル酸、マレイン酸、フ ール酸、アジピン酸、セバシン酸等の多塩 酸とを反応して得られるポリエステルポリ ール等を挙げることができる。市販品とし はクラポールP-2010、PMIPA、PKA-A、PKA-A2、PNA-200 0(以上、クラレ社製)等が入手できる。
また、ポリカーボネートジオールとして 、例えば1,6-ヘキサンポリカーボネート等が 挙げられ、市販品としてはDN-980、981、982、983 (以上、日本ポリウレタン社製)、PC-8000(米国PP G社製)等が挙げられる。
さらにポリカプロラクトンジオールとし は、ε-カプロラクトンと、例えばエチレン リコール、ポリエチレングリコール、プロ レングリコール、ポリプロピレングリコー 、テトラメチレングリコール、ポリテトラ チレングリコール、1,2-ポリブチレングリコ ール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチル リコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール 1,4-ブタンジオール等の2価のジオールとを 応させて得られるポリカプロラクトンジオ ルが挙げられる。これらのジオールは、プ クセル205、205AL、212、212AL、220、220AL(以上、 イセル社製)等が市販品として入手すること ができる。
上記以外のジオールも数多く使用するこ ができる。このようなジオールとしては、 えばエチレングリコール、プロピレングリ ール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジ ール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチル リコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール 、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付 ジオール、ビスフェノールAのブチレンオキ イド付加ジオール、ビスフェノールFのエチ レンオキサイド付加ジオール、ビスフェノー ルFのブチレンオキサイド付加ジオール、水 ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加 オール、水添ビスフェノールAのブチレンオ キサイド付加ジオール、水添ビスフェノール Fのエチレンオキサイド付加ジオール、水添 スフェノールFのブチレンオキサイド付加ジ ール、ジシクロペンタジエンのジメチロー 化合物、トリシクロデカンジメタノール、 -メチル-δ-バレロラクトン、ヒドロキシ末端 ポリブタジエン、ヒドロキシ末端水添ポリブ タジエン、ヒマシ油変性ポリオール、ポリジ メチルシロキサンの末端ジオール化合物、ポ リジメチルシロキサンカルビトール変性ポリ オール等が挙げられる。
また上記したようなジオールを併用する以
にも、ポリオキシアルキレン構造を有する
オールとともにジアミンを併用することも
能であり、このようなジアミンとしてはエ
レンジアミン、テトラメチレンジアミン、
キサメチレンジアミン、パラフェニレンジ
ミン、4,4″-ジアミノジフェニルメタン等の
ジアミンやヘテロ原子を含むジアミン、ポリ
エーテルジアミン等が挙げられる。
好ましいジオールとしては1,4-ブタンジオー
ルの重合体であるポリテトラメチレンエーテ
ルグリコールが挙げられる。このジオールの
好ましい分子量は数平均分子量で通常50~15,000
であり、特に500~3,000である。
一方、ジイソシアネート類としては、例 ば2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリ ンジイソシアネート、1,3-キシリレンジイソ アネート、1,4-キシリレンジイソシアネート 、1,5-ナフタレンジイソシアネート、m-フェニ レンジイソシアネート、p-フェニレンジイソ アネート、3,3″-ジメチル-4,4″-ジフェニル タジイソシアネート、4,4″-ジフェニルメタ ンジイソシアネート、3,3″-ジメチルフェニ ンジイソシアネート、4,4″-ビフェニレンジ ソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシ アネート、メチレンジシクロヘキシルジイソ シアネート、メチレンビス(4-シクロヘキシル イソシアネート)、2,2,4-トリメチルヘキサメ レンジイソシアネート、1,4-ヘキサメチレン イソシアネート、ビス(2-イソシアネートエ ル)フマレート、6-イソプロピル-1,3-フェニ ジイソシアネート、4-ジフェニルプロパンジ イソシアネート、イソホロンジイソシアネー ト、ノルボルナンジイソシアネート、リジン ジイソシアネート等が挙げられる。これらの ジイソシアネートは一種でも、二種以上を併 用して用いてもよい。中でもイソホロンジイ ソシアネートやノルボルナンジイソシアネー ト、メチレンジシクロヘキシルジイソシアネ ートなどの脂環骨格を有するジイソシアネー トが好適に用いられる。
また、反応に用いるヒドロキシ基含有(メ タ)アクリレート化合物としては、例えば2-ヒ ドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒド キシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロ シブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ -3-フェニルオキシプロピル(メタ)アクリレー 、1,4-ブタンジオールモノ(メタ)アクリレー 、2-ヒドロキシアルキル(メタ)アクリロイル フォスフェート、4-ヒドロキシシクロヘキシ (メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオール ノ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリ ールモノ(メタ)アクリレート、トリメチロー ルプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチ ールエタンジ(メタ)アクリレート、ペンタ リスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペ ンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレー 、さらにアルキルグリシジルエーテル、ア ルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ) クリレート等のグリシジル基含有化合物と( タ)アクリル酸との付加反応により得られる 化合物も挙げることができる。これらのうち 、特に2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレー 、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート が好ましい。
市販のウレタンオリゴマーとしては、EB2E CRYL220(ダイセル・サイテック社製)、アートレ ジンUN-3320HA(根上工業社製)、アートレジンUN-3 320HB(根上工業社製)、アートレジンUN-3320HC(根 工業社製)、アートレジンUN-330(根上工業社 )及びアートレジンUN-901T(根上工業社製)、NK- リゴU-4HA(新中村化学社製)、NK-オリゴU-6HA(新 中村化学社製)、NK-オリゴU-324A(新中村化学)、 NK-オリゴU-15HA(新中村化学社製)、NK-オリゴU-10 8A(新中村化学社製)、NK-オリゴU-200AX(新中村化 学社製)、NK-オリゴU-122P(新中村化学社製)、NK- オリゴU-5201(新中村化学社製)、NK-オリゴU-340AX (新中村化学社製)、NK-オリゴU-511(新中村化学 製)、NK-オリゴU-512(新中村化学社製)、NK-オ ゴU-311(新中村化学社製)、NK-オリゴUA-W1(新中 化学社製)、NK-オリゴUA-W2(新中村化社製)、NK -オリゴUA-W3(新中村化学社製)、NK-オリゴUA-W4( 中村化学社製)、NK-オリゴUA-4000(新中村化学 製)、NK-オリゴUA-100(新中村化学社製)、紫光U V-1400B(日本合成化学工業社製)、紫光UV-1700B(日 本合成化学工業社製)、紫光UV-6300B(日本合成 学工業社製)、紫光UV-7550B(日本合成化学工業 製)、紫光UV-7600B(日本合成化学工業社製)、 光UV-7605B(日本合成化学工業社製)、紫光UV-7610 B(日本合成化学工業社製)、紫光UV-7620EA(日本 成化学工業社製)、紫光UV-7630B(日本合成化学 業社製)、紫光UV-7640B(日本合成化学工業社製 )、紫光UV-6630B(日本合成化学工業社製)、紫光U V-7000B(日本合成化学工業社製)、紫光UV-7510B(日 本合成化学工業社製)、紫光UV-7461TE(日本合成 学工業社製)、紫光UV-3000B(日本合成化学工業 社製)、紫光UV-3200B(日本合成化学工業社製)、 光UV-3210EA(日本合成化学工業社製)、紫光UV-33 10B(日本合成化学工業社製)、紫光UV-3500BA(日本 合成化学工業社製)、紫光UV-3520TL(日本合成化 工業社製)、紫光UV-3700B(日本合成化学工業社 製)、紫光UV-6100B(日本合成化学工業社製)、紫 UV-6640B(日本合成化学工業社製)等が使用でき る。
分子内にウレタン結合を有する(メタ)ア リレートの数平均分子量は1,000~100,000が好ま く、更に好ましくは2,000~10,000である。中で メチレンジシクロヘキシルジイソシアネー とポリテトラメチレンエーテルグリコール 有するウレタンアクリレートは透明性、低 屈折性、柔軟性等の点により優れており、 適に利用することができる。
フェノール樹脂前駆体としては、フェノー
、クレゾール等のフェノール類とホルムア
デヒド等とを反応させノボラック等を合成
、これをヘキサメチレンテトラミン等で硬
させたもの等が挙げられる。
ユリア樹脂前駆体としては、尿素等とホル
アルデヒド等との重合反応物が挙げられる
メラミン樹脂前駆体としては、メラミン等
ホルムアルデヒド等との重合反応物が挙げ
れる。
不飽和ポリエステル樹脂としては、不飽和
塩基酸等と多価アルコール等より得られる
飽和ポリエステルを、これと重合する単量
に溶解し硬化した樹脂等が挙げられる。
珪素樹脂前駆体としては、オルガノポリシ
キサン類を主骨格とするものが挙げられる
ポリウレタン樹脂前駆体としては、グリコ
ル等のジオール類と、ジイソシアネートと
重合反応物等が挙げられる。
ジアリルフタレート樹脂前駆体としては ジアリルフタレートモノマー類とジアリル タレートプレポリマー類との反応物が挙げ れる。
これら熱硬化性樹脂の硬化剤及び硬化触 としては特に限定はないが、例えば、アミ 化合物、アミン化合物から合成されるポリ ミノアミド化合物等の化合物、3級アミン化 合物、イミダゾール化合物、ヒドラジド化合 物、メラミン化合物、酸無水物、フェノール 化合物、熱潜在性カチオン重合触媒、ジシア ンアミド及びその誘導体等が挙げられる。こ れらは単独又は2種以上の混合物として使用 ることができる。
本発明における光硬化性樹脂としては、 に限定されるものではないが、前述のエポ シ樹脂、アクリル樹脂、オキセタン樹脂等 前駆体が挙げられる。
また、上述の硬化性樹脂は、適宜、連鎖 動剤、紫外線吸収剤、充填剤、シランカッ リング剤等と配合した硬化性組成物として いられる。
上記連鎖移動剤としては、連鎖移動剤と て、例えば、分子内に2個以上のチオール基 を有する多官能メルカプタン化合物を用いる ことができ、これにより硬化物に適度な靱性 を付与する事が出来る。メルカプタン化合物 としては、例えばペンタエリスリトールテト ラキス(β-チオプロピオネート)、ペンタエリ リトールテトラキス(β-チオグリコレート) トリメチロールプロパントリス(β-チオプロ オネート)、トリメチロールプロパントリス (β-チオグリコレート)、ジエチレングリコー ビス(β-チオプロピオネート)、ジエチレン リコールビス(β-チオグリコレート、ジペン エリスリトールヘキサキス(β-チオプロピオ ネート)、ジペンタエリスリトールヘキサキ (β-チオグリコレート)等の2~6価のチオグリコ ール酸エステル又はチオプロピオン酸エステ ル;トリス[2-(β-チオプロピオニルオキシ)エチ ル]トリイソシアヌレート、トリス[2-(β-チオ リコニルオキシ)エチル]トリイソシアヌレ ト、トリス[2-(β-チオプロピオニルオキシエ キシ)エチル]トリイソシアヌレート、トリ [2-(β-チオグリコニルオキシエトキシ)エチル ]トリイソシアヌレート、トリス[2-(β-チオプ ピオニルオキシ)プロピル]トリイソシアヌ ート、トリス[2-(β-チオグリコニルオキシ)プ ロピル]トリイソシアヌレート等のω-SH基含有 トリイソシアヌレート;ベンゼンジメルカプ ン、キシリレンジメルカプタン、4、4’-ジ ルカプトジフェニルスルフィド等のα,ω-SH基 含有化合物等が挙げられる。これらの中でも ペンタエリスリトールテトラキス(β-チオプ ピオネート)、トリメチロールプロパントリ (β-チオプロピオネート)、トリス[2-(β-チオ ロピオニルオキシエトキシ)エチル]トリイ シアヌレートなどの1種又は2種以上を用いる のが好ましい。メルカプタン化合物を入れる 場合は、マトリクス材料の合計に対して、通 常30重量%以下の割合で含有させる。
紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン 紫外線吸収剤及びベンゾトリアゾール系紫 線吸収剤からなる群から選ばれるものであ 、その紫外線吸収剤は1種類を用いてもよい し、2種類以上を併用しても良い。具体的に 、2,4-ジヒドロキシベンゾフェノン、2-ヒド キシ-4-メトキシベンゾフェノン、2-ヒドロキ シ-4-オクトキシベンゾフェノン、2-ヒドロキ -4-オクタデシロキシベンゾフェノン、2,2’- ジヒドロキシ-4-メトキシベンゾフェノン、2,2 ’-ジヒドロキシ-4、4’-ジメトキシベンゾフ ノンなどのベンゾフェノン系化合物、2-(2’ -ヒドロキシ-5-メチルフェニル)ベンゾトリア ール、2-(2’-ヒドロキシ-3’、5’-ジターシ リーブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、 2-(2’-ヒドロキシ-3’-ターシャリーブチル-5 -メチルフェニル)ベンゾトリアゾールなどの ベンゾトリアゾール系化合物、その他マロン 酸エステル系のホスタビンPR-25(クラリアント 社製)、蓚酸アニリド系のサンデュボアVSU(ク リアント社製)などの化合物である。紫外線 吸収剤を入れる場合は、マトリクス材料の合 計に対して、通常0.01~1重量%以下の割合で含 させる。
充填剤としては、セルロース繊維のほか 、無機粒子や有機高分子などを添加しても い。例えば、シリカ粒子、チタニア粒子、 ルミナ粒子などの無機粒子;ゼオネックス( 本ゼオン社製)やアートン(JSR社製)などの透 シクロオレフィンポリマー;ポリカーボネー やPMMAなどの汎用熱可塑性ポリマーなどが挙 げられる。中でも、ナノサイズのシリカ粒子 を用いると透明性を維持することができ好適 である。また、紫外線硬化性モノマーと構造 の似たポリマーを用いると高濃度までポリマ ーを溶解させることが可能であり、好適であ る。
また、シランカップリング剤を添加して 良い。例えば、ビニルトリクロルシラン、 ニルトリス(βメトキシエトキシ)シラン、ビ ニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキ シシラン、γ-((メタ)アクリロキシプロピル) リメトキシシラン、β-(3,4エポキシシクロヘ シル)エチルトリメトキシシラン、γ-グリシ ドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリ シドキシプロピルメチルジエトキシシラン、 N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメト キシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロ ピルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロ ピルトリメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミ ノプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプ トプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプ ロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。 中でも、γ-((メタ)アクリロキシプロピル)ト メトキシシラン、γ-((メタ)アクリロキシプ ピル)メチルジメトキシシラン、γ-((メタ)ア リロキシプロピル)メチルジエトキシシラン 、γ-((メタ)アクリロキシプロピル)トリエト シシラン、γ-(アクリロキシプロピル)トリメ トキシシラン等は分子中に(メタ)アクリル基 有しており、(メタ)アクリレートを用いる 合には、共重合することができるので好ま い。シランカップリング剤は、マトリクス 料の合計重量に対して通常0.1~50重量%となる うに含有させる。好ましくは1~20重量%、特 好ましくは1~20重量%である。0.1重量%よりも ない場合には、これを含有させる効果が十 に得られず、また50重量%よりも多い場合に 、硬化体の透明性などの光学特性が損なわ る恐れがある。
セルロース不織布に樹脂を複合化させるた
の硬化性組成物は、公知の方法で重合硬化
せて、硬化体とすることができる。
例えば、熱硬化、又は放射線硬化等が挙げ
れ、好ましくは放射線硬化である。放射線
しては、赤外線、可視光線、紫外線、電子
等が挙げられるが、好ましくは光である。
に好ましくは波長が200nm~450nm程度の光であ
、更に好ましくは波長が300~400nmの紫外線で
る。
具体的には、予め硬化性組成物に加熱に りラジカルや酸を発生する熱重合開始剤を 加しておき、加熱して重合させる方法(以下 「熱重合」という場合がある)、予め硬化性 成物に紫外線等の放射線によりラジカルや を発生する光重合開始剤を添加しておき、 射線を照射して重合させる方法(以下「光重 」という場合がある)等、及び熱重合開始剤 と光重合開始剤を併用して予め添加しておき 、熱と光の組み合わせにより重合させる方法 が挙げられ、本発明においては光重合がより 好ましい。
光重合開始剤としては、通常、光ラジカ 発生剤又は光カチオン重合開始剤が用いら る。光重合開始剤は単独で用いても、2種以 上を併用してもよい。光ラジカル発生剤とし ては、この用途に用い得ることが知られてい る公知の化合物を用いることができる。例え ば、ベンゾフェノン、ベンゾインメチルエー テル、ベンゾインプロピルエーテル、ジエト キシアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘ シルフェニルケトン、2,6-ジメチルベンゾイ ルジフェニルホスフィンオキシド、2,4,6-トリ メチルベンゾイルジフェニルホシフィンオキ シド等が挙げられる。これらの中でも、ベン ゾフェノン、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフ ェニルホスフィンオキシドが好ましい。
光カチオン重合開始剤とは、紫外線や電 線などの活性エネルギー線の照射によりカ オン重合を開始させる化合物である。例え 、光重合開始剤としての芳香族スルホニウ 塩として、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ) ェニル]スルフィドビスヘキサフルオロホス ェート、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フ ニル]スルフィドビスヘキサフルオロアンチ ネート、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フ ニル]スルフィドビスヘキサフルオロボレー 、ビス[4-(ジフェニルスルホニオ)フェニル] ルフィドテトラキス(ペンタフルオロフェニ ル)ボレート、ジフェニル-4-(フェニルチオ)フ ェニルスルフォニウムヘキサフルオロ、ジフ ェニル-4-(フェニルチオ)フェニルスルフォニ ムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェ ル-4-(フェニルチオ)フェニルスルフォニウ テトラフルオロボレート、ジフェニル-4-(フ ニルチオ)フェニルスルフォニウムテトラキ ス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリ ェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフ ート、トリフェニルスルホニウムヘキサフ オロアンチモネート、トリフェニルスルホ ウムテトラフルオロボレート、トリフェニ スルホニウムテトラキス(ペンタフルオロフ ェニル)ボレート、ビス[4-(ジ(4-(2-ヒドロキシ トキシ))フェニルスルフォニオ)フェニル]ス ルフィドビスヘキサフルオロホスフェート、 ビス[4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエトキシ))フェニル スルフォニオ)フェニル]スルフィドビスヘキ フルオロアンチモネート、ビス[4-(ジ(4-(2-ヒ ドロキシエトキシ))フェニルスルフォニオ)フ ェニル]スルフィドテトラフルオロボレート ビス[4-(ジ(4-(2-ヒドロキシエトキシ))フェニ スルフォニオ)フェニル]スルフィドテトラキ ス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等が挙 られる。光重合開始剤としての芳香族ヨー ニウム塩としては、ジフェニルヨードニウ ヘキサフルオロホスフェート、ジフェニル ードニウムヘキサフルオロアンチモネート ジフェニルヨードニウムテトラフルオロボ ート、ジフェニルヨードニウムテトラキス( ペンタフルオロフェニル)ボレート、ビス(ド シルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロ アンチモネート、ビス(ドデシルフェニル)ヨ ドニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニ ル)ボレート、4-メチルフェニル-4-(1-メチルエ チル)フェニルヨードニウムヘキサフルオロ スフェート、4-メチルフェニル-4-(1-メチルエ チル)フェニルヨードニウムヘキサフルオロ ンチモネート、4-メチルフェニル-4-(1-メチル エチル)フェニルヨードニウムヘキサフルオ ボレート、4-メチルフェニル-4-(1-メチルエチ ル)フェニルヨードニウムテトラキス(ペンタ ルオロフェニル)ボレート等が挙げられる。 光重合開始剤としての芳香族ジアゾニウム塩 としては、フェニルジアゾニウムヘキサフル オロホスフェート、フェニルジアゾニウムヘ キサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨ ードニウムテトラフルオロボレート、ジフェ ニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオ フェニル)ボレート等が挙げられる。光重合 始剤としての芳香族アンモニウム塩として 、1-ベンジル-2-シアノピリジニウムヘキサ ルオロホスフェート、1-ベンジル-2-シアノピ リジニウムヘキサフルオロアンチモネート、 1-ベンジル-2-シアノピリジニウムテトラフル ロボレート、1-ベンジル-2-シアノピリジニ ムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレ ート、1-(ナフチルメチル)-2-シアノピリジニ ムヘキサフルオロホスフェート、1-(ナフチ メチル)-2-シアノピリジニウムヘキサフルオ アンチモネート、1-(ナフチルメチル)-2-シア ノピリジニウムテトラフルオロボレート、1-( ナフチルメチル)-2-シアノピリジニウムテト キス(ペンタフルオロフェニル)ボレート等が 挙げられる。光重合開始剤としての(2,4-シク ペンタジエン-1-イル)[(1-メチルエチル)ベン ン]-鉄塩としては、(2,4-シクロペンタジエン -1-イル)[(1-メチルエチル)ベンゼン]-鉄(II)ヘキ サフルオロホスフェート、(2,4-シクロペンタ エン-1-イル)[(1-メチルエチル)ベンゼン]-鉄(I I)ヘキサフルオロアンチモネート、(2,4-シク ペンタジエン-1-イル)[(1-メチルエチル)ベン ン]-鉄(II)テトラフルオロボレート、(2,4-シク ロペンタジエン-1-イル)[(1-メチルエチル)ベン ゼン]-鉄(II)テトラキス(ペンタフルオロフェ ル)ボレート等が挙げられる。これらの光カ オン重合開始剤の市販品としては、例えば ユニオンカーバイド社製のUVI6990、UVI6979;ADEK A社製のSP-150、SP-170、SP-172;チバガイギー社製 イルガキュア261;イルガキュア250;ローディ 社製のRHODORSIL PI2074、JMF-2456;三新化学工業社 製のサンエイドSI-60L、SI-80L、SI-100L、SI-110L、S I-180L、SI-100L等が挙げられる。
上記の光カチオン重合開始剤は単独もし は複数を組み合わせて使用しても良い。使 量は特に制限はないが、オキセタン樹脂や ポキシ樹脂モノマーの総量100重量部に対し 、0.01重量部以上、好ましくは0.1重量部以上 、更に好ましくは0.5重量部以上である。その 上限は、通常10重量部、好ましくは5重量部、 更に好ましくは1重量部である。光重合開始 の添加量が多すぎると、重合が急激に進行 、得られる樹脂成形体の複屈折を大きくす だけでなく色相も悪化する。また、開始剤 吸収により、光の照射と反対側に光が到達 きずに未硬化の部分が生ずる。また、黄色 着色し色相の劣化が著しい。一方、少なす ると光照射を行っても重合が十分に進行し いおそれがある。
さらに、光カチオン重合開始剤の他にも、
ポキシ樹脂やオキセタン樹脂を硬化させる
めの硬化剤を添加しても良い。例えば、ア
ン化合物、アミン化合物から合成されるポ
アミノアミド化合物、3級アミン化合物、イ
ミダゾール化合物、ヒドラジド化合物、メラ
ミン化合物、酸無水物、フェノール化合物、
熱潜在性カチオン重合触媒、ジシアンアミド
及びその誘導体等が挙げられる。これらの硬
化剤は、単独で用いられてもよく、2種以上
併用されてもよい。熱潜在性カチオン重合
媒としては、アデカオプトンCP-66、CP-77(ADEKA
製)、サンエイドSI-15、SI-20、SI-25、SI-40、SI-4
5、SI-47、SI-60、SI-80、SI-100、SI-100L、SI-110L、SI-
145、SI-150、SI-160、SI-180L(三新化学工業社製)な
どが挙げられる。
また、光増感剤を添加することも出来る。
体的にはピレン、ペリレン、アクリジンオ
ンジ、チオキサントン、2-クロロチオキサ
トン及びベンゾフラビン等があげられる。
販の光増感剤としては、アデカイプトマー
SP-100(ADEKA社製)などが挙げられる。
光重合開始剤の成分量は、硬化性組成物 の重合可能な化合物の合計を100重量部とし とき、0.001重量部以上、好ましくは0.01重量 以上、更に好ましくは0.05重量部以上である 。その上限は、通常5重量部、好ましくは1重 部、更に好ましくは0.1重量部である。光重 開始剤の添加量が多すぎると、重合が急激 進行し、得られる樹脂成形体の複屈折を大 くするだけでなく色相も悪化する。例えば 開始剤の濃度が5重量部よりも多い場合、開 始剤の吸収により、紫外線の照射と反対側に 光が到達できずに未硬化の部分が生ずる。ま た、黄色く着色し、色相の劣化が著しい。一 方、少なすぎると紫外線照射を行っても重合 が十分に進行しないおそれがある。
熱重合開始剤としては、例えば、ハイド パーオキサイド、ジアルキルパーオキサイ 、パーオキシエステル、ジアシルパーオキ イド、パーオキシカーボネート、パーオキ ケタール、ケトンパーオキサイド等が上げ れる。具体的にはベンゾイルパーオキシド ジイソプロピルパーオキシカーボネート、t -ブチルパーオキシ(2-エチルヘキサノエート) クミルパーオキサイド、ジt-ブチルパーオ サイド、t-ブチルパーオキシベンゾエート、 t-ブチルハイドロパーキサイド、ジイソプロ ルベンゼンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3 -テトラメチルブチルハイドロパーオキサイ 等を用いることができる。光照射時に熱重 が開始されると、重合を制御することが難 くなるので、これらの熱重合開始剤は好ま くは1分半減期温度が120℃以上であることが い。これらの重合開始剤は単独で用いても 2種以上を併用してもよい。
照射する放射線の量は、光重合開始剤がラ カルやカチオン種を発生させる範囲であれ 任意であるが、極端に少ない場合は重合が 完全となるため硬化物の耐熱性、機械特性 十分に発現されず、逆に極端に過剰な場合 硬化物の黄変等の光による劣化を生じるの 、モノマーの組成及び光重合開始剤の種類 量に合わせて、300~450nmの紫外線を好ましく 0.1~200J/cm 2 の範囲で照射する。更に好ましくは1~20J/cm 2 の範囲で照射する。放射線を複数回に分割し て照射すると、より好ましい。すなわち1回 に全照射量の1/20~1/3程度を照射し、2回目以 に必要残量を照射すると、複屈折のより小 な硬化物が得られる。使用するランプの具 例としては、メタルハライドランプ、高圧 銀灯ランプ、紫外線LEDランプ、無電極水銀 ンプ等を挙げることができる。
重合をすみやかに完了させる目的で、光 合と熱重合を同時に行ってもよい。この場 には、放射線照射と同時に硬化性組成物を3 0~300℃の範囲で加熱して硬化を行う。この場 、硬化性組成物には、重合を完結するため 熱重合開始剤を添加してもよいが、大量に 加すると硬化物の複屈折の増大と色相の悪 をもたらすので、熱重合開始剤は、硬化樹 モノマー成分の合計に対して0.1~2重量%、よ 好ましくは0.3~1重量%となるように用いられ 。
<物性>
本発明においては、このようなマトリクス
料のうち特に非晶質である合成高分子が、
明性に優れた高耐久性の繊維複合体を得る
で好ましく、このうち非晶質の程度として
、結晶化度で10%以下、特に5%以下であるも
が好ましい。また、低吸水性の複合体を得
ためには、ヒドロキシル基、カルボキシル
、アミノ基などの親水性の官能基が少ない
トリクス材料を選定することが好ましい。
なお、結晶化度は、非晶質部と結晶質部の
度から算定することができる。
[繊維とマトリクス材料との複合化方法]
繊維とマトリクス材料との複合化方法は、
に限定されないが、具体的には次のような
法が挙げられる。
繊維の代表例として、セルロース不織布、
ート又は粒子を例に説明するが、他の繊維
同様な方法で複合化できる。
本発明の高分子セルロース複合体を得る方
としては、次の(a)~(h)の方法が挙げられる。
(a)セルロース不織布、シート又は粒子にモノ
マーを含浸させて重合する方法
(b)セルロース不織布、シート又は粒子に熱硬
化性樹脂前駆体又は光硬化性樹脂前駆体を含
浸させて硬化させる方法
(c)セルロース不織布、シート又は粒子に樹脂
溶液を含浸させて乾燥した後、加熱プレス等
で密着させる方法
(d)セルロース不織布、シート又は粒子に熱可
塑性樹脂の溶融体を含浸させ、加熱プレス等
で密着させる方法
(e)熱可塑性樹脂シートとセルロース不織布又
はシートを交互に配置し、加熱プレス等で密
着させる方法
(f)セルロース不織布又はシートの片面もしく
は両面にモノマーや熱硬化性樹脂前駆体もし
くは光硬化性樹脂前駆体を塗布して硬化させ
る方法
(g)セルロース不織布又はシートの片面もしく
は両面に樹脂溶液を塗布して、溶媒を除去す
ることにより複合化する方法
(h)セルロース粒子と熱可塑性樹脂を溶融混練
した後、シート状や目的の形状に成形する方
法
中でもセルロース不織布に対しては(a)、( b)、(c)又は(d)の方法が好ましく、セルロース ートに対しては(e)、(f)又は(g)の方法が好ま く、セルロース繊維粒子に対しては(h)の方 が好ましい。
(a)モノマーを含浸させて重合する方法とし ては、重合可能なモノマーやオリゴマーをセ ルロース不織布、シート又は粒子に含浸させ 、熱処理等により上記モノマーを重合させる ことにより高分子セルロース複合体を得る方 法が挙げられる。一般的には、モノマーの重 合に用いられる重合触媒を重合開始剤として 用いることができる。
(b)熱硬化性樹脂前駆体又は光硬化性樹脂 駆体を含浸させて硬化させる方法としては エポキシ樹脂モノマー等の熱硬化性樹脂前 体、又はアクリル樹脂モノマー等の光硬化 樹脂前駆体と硬化剤の混合物を、セルロー 不織布、シート又は粒子に含浸させ、熱又 活性エネルギー線等により上記熱硬化性樹 前躯体又は光硬化性樹脂前躯体を硬化させ ことにより高分子セルロース複合体を得る 法が挙げられる。
(c)樹脂溶液を含浸させて乾燥後、加熱プ ス等で密着させる方法としては、樹脂が溶 する溶媒に溶解させ、その溶液をセルロー 不織布、シート又は粒子に含浸させ、乾燥 せることで高分子セルロース複合体を得る 法が挙げられる。この場合、乾燥後加熱プ ス等で溶媒が乾燥した空隙を密着させるこ でより高性能な複合体を得る方法が挙げら る。
(d)熱可塑性樹脂の溶融体を含浸させ、加 プレス等で密着させる方法としては、熱可 性樹脂をガラス転移温度以上又は融点以上 熱処理することにより溶解させ、セルロー 不織布、シート又は粒子に含浸し、加熱プ ス等で密着することにより高分子セルロー 複合体を得る方法が挙げられる。熱処理は 圧下で行うことが望ましく、真空加熱プレ 機能を有する設備の使用が有効である。
(e)熱可塑性樹脂シートとセルロース不織 又はシートを交互に配置し、加熱プレス等 密着させる方法としては、セルロース不織 及びシートの片面もしくは両面に熱可塑性 脂のフィルムもしくはシート配置し、必要 応じて加熱やプレスすることにより、熱可 性樹脂とセルロース不織布又はシートを貼 合わせる方法が挙げられる。この場合、セ ロース不織布又はシートの表面に接着剤や ライマーなどを塗布して貼り合わせても良 。貼り合わせる際に気泡を抱き込まないよ に、加圧された2本のロールの間を通す方法 や、真空状態でプレスする方法を用いること ができる。
(f)セルロース不織布又はシートの片面も くは両面にモノマーや熱硬化性樹脂前駆体 しくは光硬化性樹脂前駆体を塗布して硬化 せる方法としては、セルロース不織布又は ートの片面もしくは両面に熱重合開始剤を 方した熱硬化性樹脂前駆体を塗布して加熱 ることにより硬化させて両者を密着させる 法や、セルロース不織布又はシートの片面 しくは両面に光重合開始剤を処方した硬化 樹脂前駆体を塗布した後、紫外線等の活性 ネルギー線を照射して硬化させる方法が挙 られる。セルロース不織布又はシートに熱 しくは光硬化性樹脂前駆体を塗布した後、 にセルロース不織布を重ねるなど、多層構 にしてから、硬化させても良い。
(g)セルロース不織布又はシートの片面も くは両面に樹脂溶液を塗布して、溶媒を除 することにより複合化する方法としては、 媒に可溶な樹脂を溶解させた樹脂溶液を用 し、セルロース不織布又はシートの片面も くは両面に塗布し、加熱により溶媒を除去 る方法が挙げられる。
このようにして製造したセルロース繊維 樹脂の複合体を複数枚重ねて積層体を得る ともできる。その際に、セルロース繊維を む複合体と含まない樹脂シートを積層して よい。複合体同士や樹脂と複合体を接着さ るために、接着剤を塗布したり接着シート 介在させてもよい。また、積層体に加熱プ ス処理を加えて一体化することもできる。
(h)セルロース粒子と熱可塑性樹脂を溶融混
した後、シート状や目的の形状に成形する
法としては、セルロース粒子と熱可塑性樹
とを、ドライブレンドした後に溶融する方
、溶融混練する方法、等が好ましく挙げら
る。ドライブレンドした後に溶融する方法
、両者を、タンブラーブレンダー、リボン
レンダー、V型ブレンダー、ヘンシェルミキ
サー等により均一に混合し、その後、該混合
物に必要に応じて用いられる酸化防止剤など
の添加剤を添加し、溶融状態を経て複合体と
する。具体的には、例えば、該混合物を単に
溶融するか、又は、一軸又は二軸押出機、ロ
ール、バンバリーミキサー、ニーダー、ブラ
ベンダー等により溶融混練する。溶融混練す
る場合は、両者を、必要に応じて用いられる
酸化防止剤などの添加剤等と共に溶融混合す
る。
例えば、一軸又は二軸押出機、ロール、バ
バリーミキサー、ニーダー、ブラベンダー
により溶融混練する。その後、Tダイから押
し出してシート状に成形したり、金型に射出
するなどして、目的の形状に成形する。
本発明では、複合体を複数枚重ねて積層 を得ることができる。その際に、セルロー 繊維を含む複合体と含まない樹脂シートを 層してもよい。積層体に加熱プレス処理を えることで厚膜化することができる。厚膜 複合材料を用いてグレージングや構造材料 して用いることができる。
[セルロース繊維複合体の物性]
次に、本発明のセルロース繊維複合体の物
について説明する。
<セルロース含有量>
本発明のセルロース繊維複合体中のセルロ
ス繊維の含有量は通常1重量%以上99重量%以
であり、マトリクス材料の含有量が1重量%以
上99重量%以下である。低線膨張性を発現する
には、セルロース繊維の含有量が1重量%以上
マトリクス材料の含有量が99重量%以下であ
ことが、透明性を発現するにはセルロース
維の含有量が99重量%以下、マトリクス材料
含有量が1重量%以上であることが必要であ
。好ましい範囲はセルロース繊維が2重量%以
上90重量%以下であり、マトリクス材料が10重
%以上98重量%以下であり、さらに好ましい範
囲はセルロース繊維が5重量%以上80重量%以下
あり、マトリクス材料が20重量%以上95重量%
下である。特に、本発明のセルロース繊維
合体では、セルロース繊維の含有量が70重
%以下でマトリクス材料の含有量が30重量%以
、更には、セルロース繊維の含有量が60重
%以下でマトリクス材料の含有量が40重量%以
であることが好ましい。また、セルロース
維の含有量が10重量%以上でマトリクス材料
含有量が90重量%以下、更にはセルロース繊
の含有量が15重量%以上でマトリクス材料の
有量が85重量%以下、更にはセルロース繊維
含有量が20重量%以上でマトリクス材料の含
量が80重量%以下であることが好ましい。
セルロース繊維複合体中のセルロース繊 及びマトリクス材料の含有量は、例えば、 トリクス材料である樹脂含浸前のセルロー 不織布の重量と含浸後のセルロース繊維複 体の重量より求めることができる。また、 ルロース繊維複合体をマトリックス樹脂が 溶な溶媒に浸漬して樹脂のみを取り除き、 ったセルロース不織布の重量から求めるこ もできる。その他、樹脂の比重から求める 法や、NMR、IRを用いて樹脂やセルロースの 能基を定量して求めることもできる。
<厚み>
本発明のセルロース繊維複合体の厚みは、
ましくは10μm以上、10cm以下である。このよ
な厚みのセルロース繊維複合体にすること
強度を保つことができる。セルロース繊維
合体の厚みはより好ましくは50μm以上、1cm
下であり、さらに好ましくは80μm以上、250μm
以下である。
なお、本発明のセルロース繊維複合体は、
ましくはこのような厚みの膜状(フィルム状
)又は板状であるが、平膜又は平板に限らず
曲面を有する膜状又は板状とすることもで
る。また、その他の異形形状であっても良
。また、厚みは必ずしも均一である必要は
く、部分的に異なっていても良い。
<黄色度>
本発明のセルロース繊維複合体は、厚み100
mのセルロース繊維複合体について、190℃で
素分圧0.006MPa以下において、1時間加熱した
に、JIS規格K7105に準拠して測定した黄色度(Y
I値)が20以下であることを特徴とする。この
色度は10以下であることがより好ましく、5
下であることがさらに好ましい。
セルロース繊維複合体の黄色度は例えば、
ガ試験機社製カラーコンピューターを用い
測定することができる。
本発明のセルロース繊維複合体に用いるセ
ロースには、原料由来の黄色味が着く場合
ある。特に木質由来の原料を用いた場合、
製度合いによって黄色味が着くことがある
セルロース繊維に黄色味が着くと、複合体
も影響して黄色味を示すことから好ましく
い。また、複合する樹脂に由来して複合体
黄色味が着く場合がある。
本発明では、例えば、セルロース繊維を化
修飾したり、透明性の高いマトリクス材料
用いたりすることにより、このような着色
小さいセルロース繊維複合体とする。
<ヘーズ>
本発明のセルロース繊維複合体は、可視光
波長よりも細い繊維径のセルロース繊維を
いていることから、透明性の高い、すなわ
ヘーズの小さい複合体である。本発明のセ
ロース繊維複合体のヘーズ値は、厚み100μm
セルロース繊維複合体について、JIS規格K713
6に準拠して測定した値として、5以下であり
好ましくは3以下、より好ましくは2以下、
にこの値は1以下であることが各種透明材料
して用いる場合に好ましい。セルロース繊
複合体のヘーズは、例えばスガ試験機製ヘ
ズメータで測定することができ、C光の値を
用いる。
<吸水率>
本発明のセルロース繊維複合体は、厚み100
mのセルロース繊維複合体について、JIS規格K
7209(D法)に準拠して測定した吸水率が1%以下と
なる吸水率の低い複合体であることを特徴と
する。この吸水率は0.8%以下であることが好
しく、0.5%以下であることがさらに好ましく
0.3%以下であることが特に好ましい。吸水率
が1%を超えると、加工プロセス上で脱水した
合体が空気中に放置された際、空気中の水
を吸収して伸び、寸法変形を起こすため、
ましくない。
<全光線透過率>
本発明のセルロース繊維複合体は、厚み50μ
mのセルロース繊維複合体について、その厚
方向にJIS規格K7105に準拠して測定された全光
線透過率が60%以上、更には70%以上、特に80%以
上、82%以上、84%以上、86%以上、88%以上、とり
わけ90%以上であることが好ましい。この全光
線透過率が60%未満であると半透明又は不透明
となり、透明性が要求される用途への使用が
困難となる場合がある。全光線透過率は例え
ば、スガ試験機社製ヘーズメータを用いて測
定することができ、C光を値を用いる。
<平行光線透過率>
また、平行光線透過率は、厚み50μmの繊維
合体について、その厚み方向にJIS規格K7105に
準拠して測定する。平行光線透過率は57%以上
、70%以上、特に80%以上、とりわけ89%以上であ
ることが好ましい。この平行光線透過率が57%
より低いと散乱光が多く、ヘーズが大きくな
り、例えば、有機EL素子用途において、画素
不明瞭となり、色がぼけたり、滲んだりす
。平行光線透過率は例えば、スガ試験機社
ヘーズメータを用いて測定することができ
C光の値を用いる。
<線膨張率>
本発明のセルロース繊維複合体は、線膨張
が1~50ppm/Kの線膨張率の低い複合体であるこ
が好ましい。本発明のセルロース繊維複合
の線膨張率は30ppm/K以下であることがさらに
好ましく、20ppm/K以下であることが特に好ま
い。
即ち、例えば、基板用途においては、無機
薄膜トランジスタの線膨張率が15ppm/K程度で
あるため、セルロース繊維複合体の線膨張率
が50ppm/K以上を超えると 無機膜との積層複合
化の際に、二層の線膨張率差が大きくなり、
クラック等が発生する。従って、本発明のセ
ルロース繊維複合体の線膨張率は、特に5~20pp
m/Kであることが好ましい。
なお、線膨張率は、後述の実施例の項に記
される方法により測定される。
<マトリクス材料充填部の体積割合>
本発明のセルロース繊維複合体においては
用いたセルロース不織布の空隙には、複合
とした際にマトリクス材料が充填されてい
が、基本的には不織布を作製した際の空隙
保たれている。よって、本発明のセルロー
繊維複合体のセルロース部分の空隙率、即
マトリクス材料充填部の体積割合は35vol%以
であることが好ましく、さらには35vol%以上6
0vol%以下であることが好ましい。
前述の如く、セルロース繊維複合体のセル
ース部分の空隙率は、例えば分光分析、複
体断面のSEM観察やTEM観察の画像解析によっ
測定することができる。
<引張強度>
本発明のセルロース繊維複合体は、引張強
が、好ましくは40MPa以上であり、より好ま
くは100MPa以上である。引張強度が40MPaより低
いと、十分な強度が得られず、構造材料等、
力の加わる用途への使用に影響を与えること
がある。
<引張弾性率>
本発明のセルロース繊維複合体は、引張弾
率が、好ましくは0.2~100GPaであり、より好ま
しくは、1~50GPaである。引張弾性率が0.2GPaよ
低いと、十分な強度が得られず、構造材料
、力の加わる用途への使用に影響を与える
とがある。
本発明のセルロース繊維複合体は、平均繊
径が30nm以下である繊維とマトリクス材料を
含み、厚み100μmにおける繊維複合体のJIS規格
K7136によるヘーズが5以下であることを特徴と
する。この様な繊維複合体を、ディスプレイ
用の基板に用いた場合、高い透明性、低い線
膨張係数、必要十分な弾性率が要求される。
透明性が低いと暗く、コントラストが低い画
像しか得ることができない。また、線膨張係
数が高いと、ディスプレイの製造プロセスに
おいて、加熱したとき、基板の上に載せたト
ランジスタと基板の膨張率が異なることによ
り、トランジスタの破壊や基板の反りや曲が
りが生じてしまう。弾性率が低いと基板は自
重で曲がってしまい、平滑な面を形成するこ
とが難しくなる。そのため、トランジスタや
その他の素子を精度よく形成することができ
なくなる。逆に弾性率が高すぎると硬く脆く
なり、基板自体が割れるなど不都合が生じる
。また、繊維を含む複合材の場合、繊維径が
大きいと繊維が基板の表面に現れたとき、表
面の凹凸が大きくなる。表面の平滑性が悪い
と、有機EL素子の場合、ダークスポットの原
になる。このような点から、平均繊維径が3
0nm以下であることが必要になる。又、透明性
の中でも並行光線透過率が重要である。
平行光線透過率が低い、すなわち散乱光が
きい、つまりヘーズが大きいと、画素が不
瞭になり、色がぼやけたりにじんだりする
繊維を含む複合材の場合は繊維径が光の波
に対して十分に小さくないと、光の散乱が
じてしまうという点から、ヘーズが5以下で
あることが必要になる。平均繊維系が大きか
ったり、ヘーズが大きかったりすると、表面
平滑性の悪化、平行光線透過率の低下という
点で問題である。
[用途]
本発明のセルロース繊維複合体は、透明性
高く、高強度、低吸水性でヘーズの小さい
合体とすることができ、光学特性に優れる
め、液晶ディスプレイ、プラズマディスプ
イ、有機ELディスプレイ、フィールドエミ
ションディスプレイ、リアプロジェクショ
テレビ等のディスプレイや基板やパネルと
て好適である。また、シリコン系太陽電池
色素増感太陽電池などの太陽電池用基板に
適である。
基板としての用途において、バリア膜、ITO
TFT等と積層してもよい。また、自動車用の
材、鉄道車両用の窓材、住宅用の窓材、オ
ィスや工場な窓材などに好適に使われる。
材としては、必要に応じてフッ素皮膜、ハ
ドコート膜等の膜や耐衝撃性、耐光性の素
を積層してもよい。
また、低線膨張率、高弾性、高強度等の特
を生かして透明材料用途以外の構造材料と
ても用いることができる。特に、グレージ
グ、内装材、外板、バンパー等の自動車材
やパソコンの筐体、家電部品、包装用資材
建築資材、土木資材、水産資材、その他工
用資材等として好適に用いられる。
以下、製造例、実施例及び比較例によって
本発明をさらに具体的に説明するが、本発
はその要旨を超えない限り、以下の実施例
より限定されるものではない。
なお、以下において、作製した試料の物性等
は、下記の評価方法及び測定方法により行っ
た。
<セルロース分散液のセルロース濃度>
セルロース分散液中に含まれるセルロース
度の測定はJAPAN TAPPI No.56「パルプ材-分析
試料の水分試験方法」に従って、水分(%)を
め、100%から引いてセルロース繊維濃度とし
。すなわち、乾燥前のセルロース分散液の
量をS(g)、105℃±2℃で2時間乾燥した後、デ
ケーターで室温まで冷却した後の重量をL(g)
したとき、水分M(%)は下記の式で求めること
ができ、セルロース濃度C(%)も求めることが
きる。
M=(S-L)/S×100
C=100-M
<セルロース分散液の粘度測定>
セルロース分散液は下記のようにして粘度
測定した。粘弾性測定装置として、RHEOMETRIC
SCIENTIFIC社製のARES100FRTを用い、所定の濃度
調整したセルロース分散液を25℃±0.1℃に調
したステージに1.5ml滴下して、直径50mmで0.04
radの角度を有するコーンプレートをギャップ
間50μm隔てて設置し、ずり速度を1,2,3,5,8,13,20,
32,50,80及び126s -1
まで上昇させながら定常ずり粘度を測定し、
ずり速度が10s -1
の時の定常ずり粘度を求めた。
<セルロース分散液のセルロース残存率>
遠心分離機として日立工機社製のhimacCR22Gを
用い、アングルローターとしてR20A2を用いた
50ml遠沈管8本を、回転軸から34度の角度で設
置した。1本の遠沈管に入れるセルロース分
液の量は30mlとした。18000rpmにて30分間遠心分
離作業を行った。この時、本ローターでの遠
心力は計算により38900Gと求められた。遠心分
離後に遠沈管の上部3mlをスポイトで採取し、
セルロース濃度を測定した。遠心分離後の上
澄み10%に含まれるセルロース濃度を遠心分離
前のセルロース濃度で割った値に100をかけて
、セルロース残存率(%)とした。
<セルロース分散液中のセルロース繊維の
均繊維径>
超音波処理前のセルロース分散液中のセル
ース繊維の繊維径は、光学顕微鏡により確
した。また、超音波処理後のセルロース分
液中のセルロース繊維の繊維径は、分散液
の分散媒を乾燥除去した後、SEMやTEM等で観
することにより計測して求めた。ランダム
抽出した12点中最大と最小を除いた10点の測
定値の平均を平均繊維径とした。
<セルロース分散液の可視光透過率>
セルロース分散液を水で希釈してセルロー
濃度0.1重量%に調整した。日立製作所社製の
分光光度計U4000と、光路長10mmの石英セルを用
い、リファレンスに水を入れ、サンプルとし
て上記の濃度調整したセルロース分散液を入
れ、波長300nmから900nmの光線透過率スペクト
を測定した。
<セルロース不織布のヘーズ>
得られたセルロース不織布について、JIS規
K7136に準拠し、スガ試験機社製ヘーズメー
を用いてC光によるヘーズ値を測定した。
<セルロース不織布の太径繊維含率>
セルロース不織布を適切な大きさに切断し
スライドガラス上で含浸オイル(CARGILLE LABOR
ATORIES社製IMMERSION OIL TYPE B/屈折率1.52)に含浸
させ、カバーガラスで覆った。この状態で12
間以上放置した後、偏光顕微鏡(ニコン社製
光学顕微鏡)で観察して、全繊維に占める繊
径400nm以上の繊維の体積分率を調べた。偏光
顕微鏡観察に際しては、試料形状を代表する
視野を選んだ後、クロスニコル条件下で観察
し、試料を15度おきに回転させながら10倍か
40倍の倍率で撮影した写真を合成することに
より、面内配向角に依存しない繊維形状像を
得た。
<セルロース不織布の表面SEM観察>
セルロース不織布を適切な大きさに切断し
料台に固定した。マグネトロンスパッタ装
(日立製作所社製E-1030)にて、約20オングスト
ローム厚みの白金パラジウム蒸着を行った。
走査型電子顕微鏡(日立製作所社製S-4100及びS-
4500)を用い、50、100、1000、10000及び50000倍の各
倍率で繊維形状を観察した。この際、試料ダ
メージを軽減するため電子線の加速電圧は1.5
~2.0kVとした。それぞれの倍率で試料形状を代
表する視野を撮像した。
〔セルロース不織布の化学修飾率〕
セルロース不織布0.05gを精秤しこれにメタ
ール6ml及び蒸留水2mlを添加する。これを60~70
℃で30分攪拌した後、0.05N水酸化ナトリウム
溶液10mlを添加する。これを60~70℃で15分攪拌
しさらに室温で一日攪拌する。これをフェノ
ールフタレインを用いて0.02N塩酸水溶液で滴
する。
ここで、滴定に要した0.02N塩酸水溶液の量Z(
ml)から、化学修飾により導入された置換基の
モル数Qは、下記式で求められる。
Q(mol)=0.05(N)×10(ml)/1000
-0.02(N)×Z(ml)/1000
この置換基のモル数Qと、化学修飾率X(mol%)
の関係は、以下の式で算出される(セルロー
=(C 6
O 5
H 10
) n
=(162.14) n
,繰り返し単位1個当たりの水酸基数=3,OHの分
量=17)。なお、以下において、Tは置換基の分
子量である。
〔セルロース不織布の空隙率〕
セルロース不織布の面積、厚み、重量から
下記式によって求めた。
空隙率(vol%)={(1-B/(M×A×t)}×100
ここで、Aは不織布の面積(cm 2
)、t(cm)は厚み、Bは不織布の重量(g)、Mはセル
ースの密度であり、本発明ではM=1.5g/cm 3
と仮定する。セルロース不織布の膜厚は、膜
厚計(Mitutoyo社製IP65)を用いて、不織布の種々
位置について10点の測定を行い、その平均
を採用した。
〔セルロース繊維複合体中の繊維径〕
セルロース繊維複合体中の繊維径は次のよ
にして確認することができる。樹脂硬化物
のセルロース繊維の繊維径は、複合体をそ
まま破断したり、必要に応じて液体窒素な
で冷却してから破断したりして、破断面を
し、その破断面をSEMやTEM等で観察する。セ
ロース繊維の繊維径は、ランダムに抽出し
10点の測定値を平均することで求めること
出来る。平均の求め方としては、観察され
SEM写真の対角線に線を引き、その近傍にあ
繊維をランダムに12点抽出する。最も太い繊
維と最も細い繊維を除去した10点の平均値を
出して平均繊維径とした。
〔セルロース繊維複合体又は樹脂硬化物のヘ
ーズ〕
JIS規格K7136に準拠し、スガ試験機社製ヘー
メータを用いてC光によるヘーズ値を測定し
。
〔セルロース繊維複合体又は樹脂硬化物の全
光線透過率〕
JIS規格K7105に準拠し、スガ試験機社製ヘー
メータを用いてC光による全光線透過率を測
した。
〔セルロース繊維複合体又は樹脂硬化物の平
行光線透過率〕
JIS規格K7105に準拠し、スガ試験機社製ヘー
メータを用いてC光による平行光線透過率を
定した。
〔セルロース繊維複合体又は樹脂硬化物の黄
色度〕
得られた複合体を190℃で真空下(酸素分圧0.0
04MPa)で1時間加熱した後、JIS規格K7105に準拠し
、スガ試験機社製カラーコンピューターを用
いて黄色度を測定した。
〔セルロース繊維複合体の引張弾性率及び樹
脂硬化物のガラス転移温度〕
得られた複合体をレーザーカッターにより
10mm幅×40mm長に切断した。これを、SII社製DMS
6100を用いて引っ張りモードでチャック間20mm
周波数10Hz、2℃/min.で-100℃から250℃まで測
し、23℃における貯蔵弾性率E’(単位:GPa)よ
引張弾性率を測定し、tanδよりガラス転移温
度を測定した。
その結果、本実施例及び比較例で用いた樹
のガラス転移温度は全て190℃以上であるこ
を確認した。
〔セルロース繊維複合体又は樹脂硬化物の線
膨張率〕
得られた複合体をレーザーカッターにより
3mm幅×30mm長に切断した。これを、SII社製TMA1
20を用いて引っ張りモードでチャック間20mm、
荷重10g、窒素雰囲気下、室温から180℃まで5
/min.で昇温、180℃から25℃まで5℃/min.で降温
25℃から180℃まで5℃/min.で昇温した際の2度
の昇温時の60℃から100℃の測定値から線膨
率を求めた。
〔セルロース繊維複合体又は樹脂硬化物の吸
水率〕
JIS規格7209(D法)に準拠し、得られた複合体を
50℃のオーブンで24時間静置後、重量(W 0
)を測定し、その後23℃、湿度50%の雰囲気下に
24時間静置後、重量(W 1
)を測定した。下記式により吸水率を算出し
。
吸湿率(%)=(W 1
-W 0
)/W 0
×100
なお、セルロース繊維複合体又は樹脂硬 物の全光線透過率及び平行光線透過率は、 み50μmのセルロース繊維複合体又は樹脂硬 物についての値であり、黄色度、ヘーズ、 水率は厚み100μmのセルロース繊維複合体又 樹脂硬化物についての値である。従って、 下の実施例及び比較例で製造されたセルロ ス繊維複合体又は樹脂硬化物の厚みが50μm又 は100μmでない場合は、比例計算により、それ ぞれの値を換算して求めた。
<製造例1:セルロース分散液の調製>
米松木粉(宮下木材社製)最大長の平均250μm
最小長の平均50μmを炭酸ナトリウム2重量%水
液で80℃にて6時間脱脂した。これを脱塩水
洗浄した後、0.66重量%の亜塩素酸ナトリウ
、0.14重量%の酢酸水溶液に80℃にて5時間浸漬
してリグニン除去を行った。脱塩水洗浄した
後、濾過し、回収した精製セルロースを脱塩
水で洗浄後、5重量%の水酸化カリウム水溶液
16時間浸漬してヘミセルロース除去を行っ
。その後、脱塩水洗浄を行った。
<製造例2:超高圧ホモジナイザー処理>
製造例1記載のセルロース分散液を、0.5重量
%に調整し、超高圧ホモジナイザー(アルティ
イザー;スギノマシン社製)処理を行った。
理時の圧力は245MPaで、噴出口の孔径は150μm
10回行った。このセルロース分散液中のセル
ロースの平均繊維径は、TEM観察より15nmであ
た。さらに、この分散液中のセルロースは
広角X線回折像から、セルロースI型結晶構造
であることが確認された。
<製造例3;セルロース不織布の製造>
製造例2で得られたセルロース分散液をセル
ロース濃度0.127重量%になるように水で希釈し
て、150mlに調整し、上部から30mlのイソプロピ
ルアルコールを静かに加えて減圧濾過を行っ
た。濾過器としてアドバンテック社KG-90を用
、ガラスフィルターの上に同アドバンテッ
社製の1.0μm孔径のPTFE製メンブランフィルタ
ーを載せた。有効濾過面積は48cm 2
であった。減圧度-0.09MPa(絶対真空度10kPa)にて
減圧濾過したところ、PTFE製メンブランフィ
ターの上にセルロース繊維の堆積物が得ら
た。このセルロース堆積物を120℃に加熱し
プレス機にて0.15MPaの圧力で5分間プレス乾燥
してセルロース不織布を得た。
<製造例4:アセチル化セルロース不織布の製
造>
製造例3で得られたセルロース不織布を100ml
無水酢酸に含浸して100℃にて7時間加熱した
。その後、蒸留水でよく洗浄し、最後に2-プ
パノールに10分浸した後、120℃、2MPaにて5分
間プレス乾燥して、厚み62μmのアセチル化セ
ロース不織布を得た。
この不織布の化学修飾率は33mol%であった。
た空隙率は56vol%であった。
また、SEM観察により繊維径500nm以上のもの
含まれていないことを確認した。平均繊維
は15nmであった。また、繊維長は100nm以上で
ることを確認した。得られたアセチル化セ
ロース不織布の黄色度は11.4であった。
<製造例5:アセチル化セルロース不織布の製
造>
製造例3で得られたセルロース不織布を100ml
無水酢酸:酢酸=9:1の溶液に含浸し、室温で5
間静置した。その後、蒸留水でよく洗浄し
最後に2-プロパノールに10分浸した後、120℃
、0.14MPaで5分間プレス乾燥して厚み38μmのア
チル化セルロース不織布を得た。この不織
の化学修飾率は7mol%であった。また空隙率は
28vol%であった。
<製造例6:バクテリアセルロースシートの製
造>
食材として利用されているバクテリアセル
ースゲルのナタデココ(フジッコ社製、厚さ
1cm、繊維含有率1体積%、水含有率99体積%)を用
いた。この含水バクテリアセルロースを2-プ
パノールに浸漬後、120℃、0.14MPaで5分間プ
ス乾燥することにより、厚さ50μm、空隙率42v
ol%のバクテリアセルロースシートを得た。
<実施例1>
製造例4で得られたアセチル化セルロース不
織布に、ビス(メタクリロイルオキシメチル)
リシクロ[5.2.1.0 2,6
]デカン96重量部、ペンタエリスリトールテト
ラキス(β-チオプロピオネート)4重量部、2,4,6-
トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィ
ンオキサイド(BASF社製ルシリンTPO)0.05重量部
及びベンゾフェノン0.05重量部を混合した溶
を含浸させ、減圧下一晩静置した。これを2
枚のガラス板にはさみ、無電極水銀ランプ(
ュージョンUVシステムズ社製「Dバルブ」)を
いて、放射照度400mW/cm 2
の下を、ライン速度7m/minで通過させて光照射
した。このときの放射照射量は0.12J/cm 2
であった。この操作をガラス面を反転して2
行った。紫外線照射後のガラス面の温度は25
℃であった。次いで、放射照度1900mW/cm 2
の下をライン速度2m/minで照射した。このとき
の放射照射量は2.7J/cm 2
であった。この操作をガラス面を反転して8
行った。紫外線照射後のガラス面の温度は44
℃であった。全放射照射量は21.8J/cm 2
であった。紫外線照射終了後、ガラス板より
はずし、190℃の真空オーブン中で1時間加熱
て厚み96μmの良好なセルロース繊維複合体を
得た。得られた複合体の23℃における引張弾
率は8.1GPaであった。物性を表1に記載する。
なお、紫外線の放射照度は、オーク製作所
紫外線照度計「UV-M02」で、アタッチメント
UV-35」を用いて、320~390nmの紫外線の照度を23
℃で測定した。
<実施例2>
製造例4で得られたアセチル化セルロース不
織布に、光硬化性樹脂前駆体のエポキシ化合
物である水添ビスフェノールA型エポキシ樹
YX8000(JER社製)100重量部と硬化剤SP170(アデカ社
製)1重量部との混合液を含浸させ、減圧下一
静置した。これを2枚のガラス板にはさみ、
実施例1と同様のランプを用いて放射照度1900m
W/cm 2
の下を、ライン速度2m/minで照射した。このと
きの放射照射量は2.7J/cm 2
であった。この操作をガラス面を反転して12
行った。紫外線照射後のガラス面の温度は5
5℃であった。全放射照射量は32.4J/cm 2
であった。紫外線照射終了後、ガラス板より
はずし、190℃の真空オーブン中で1時間加熱
て厚み106μmの良好なセルロース繊維複合体
得た。物性を表1に記載する。
<実施例3>
製造例4で得られたアセチル化セルロース不
織布に、光硬化性樹脂前駆体のエポキシ化合
物であるビスフェノールA型エポキシ樹脂828EL
(JER社製)100重量部と硬化剤SP170(アデカ社製)1
量部との混合液を含浸させ、減圧下一晩静
した。これを2枚のガラス板にはさみ、実施
1と同様のランプを用いて放射照度1900mW/cm 2
の下を、ライン速度2m/minで照射した。このと
きの放射照射量は2.7J/cm 2
であった。この操作をガラス面を反転して16
行った。紫外線照射後のガラス面の温度は6
0℃であった。全放射照射量は43.2J/cm 2
であった。紫外線照射終了後、ガラス板より
はずし、190℃の真空オーブン中で1時間加熱
て厚み103μmの良好なセルロース繊維複合体
得た。物性を表1に記載する。
<実施例4>
製造例4で得られたアセチル化セルロース不
織布に、熱硬化性樹脂前駆体の水添ビスフェ
ノール型エポキシ樹脂YX8000(JER社製)100重量部
硬化剤CP-77(アデカ社製)5重量部との混合液
含浸させ、減圧下一晩静置した。これをガ
ス板2枚にはさみ、100℃のオーブンの中に3時
間静置して熱硬化した。硬化後、ガラス板よ
りはずし、厚み98μmの良好なセルロース繊維
合体を得た。物性を表1に記載する。
<実施例5>
製造例4で得られたアセチル化セルロース不
織布の代わりに、製造例3で得られたセルロ
ス不織布を用いたこと以外は、実施例1と同
の方法で厚み105μmの良好なセルロース繊維
合体を得た。物性を表1に記載する。
<実施例6>
超高圧ホモジナイザー処理数を5回にするほ
かは、製造例2記載の方法でセルロース分散
を調整した。この液にSMT社製超音波ホモジ
イザーUH-600S(周波数20kHz、実効出力密度22W/cm 2
)を用いて超音波処理を行った。超音波処理
条件は、36mmφのストレート型チップ(チタン
金製)を用い、アウトプットボリウム8でチ
ーニングを行い、最適なチューニング位置
60分間、50%の間欠運転にて超音波処理を行っ
た。50%の間欠運転とは0.5秒間超音波を発振し
た後0.5秒間休止を行う運転である。
セルロース分散液は処理容器の外側から5℃
の冷水で冷却し、分散液温度15℃±5℃に保ち
がら処理を行った。また、マグネティック
ターラーにて撹拌しながら処理を行った。
理後のセルロース分散液のセルロース濃度
0.355重量%に希釈した。このセルロース分散
のずり速度10s -1
での定常ずり粘度は8.6mPa・sであった。
その後、日立工機社製の遠心分離機(himacCR22
G)を用い、アングルローターとしてR20A2を用
て遠心分離処理をおこなった。50ml遠沈管8本
を、回転軸から34度の角度で設置した。1本の
遠沈管に入れるセルロース分散液の量は30ml
した。18000rpmにて10分間遠心分離作業を行っ
。この時、本ローターでの遠心力は計算に
り38900Gと求められた。沈殿物を除去した上
みの分散液中に含まれるセルロースの平均
維径は、TEM観察より10nmであった。超音波処
理分散液のTEM写真を図1に示す。上澄みに含
れるセルロース残存率は98%であった。
この分散液中のセルロースは、広角X線回折
像から、セルロースI型結晶構造であること
確認された。
また、この分散液の可視光透過率を測定し
ところ、800nmでは98%、550nmでは95%、400nmでは8
8%であった。この光線透過率のチャートを図5
に示す。
このセルロース分散液を製造例3の方法で抄
紙したセルロース不織布の表面をSEMで観察し
たところ、平均繊維径が10nmのナノファイバ
セルロースが観察された。
また、このセルロース不織布の厚みは66μm
、空隙率を前記式にて計算したところ58体積
%あった。
このセルロース不織布をオイル含浸により
い繊維の存在を確認したところ、400nm以上
繊維は全く観察されなかった。このときの
真を図2に示す。
このセルロース不織布を、実施例1記載の方
法で光硬化性樹脂組成液を含浸させ、実施例
1記載の方法で光硬化して複合体を製造した
得られた複合体中のセルロース含量は46重量
%で、厚みは75μmであった。
この複合体のヘーズを上記の方法で測定し
ところ、0.97%であった。また、全光線透過
は90%、平行光線透過率は89%、線膨張係数は17
ppm/Kであった。ガラス転移温度(Tg)は、tanδか
求めたところ190℃であった。
<実施例7>
製造例1に記載の方法のセルロース分散液を
用い、この分散液をセルロース濃度0.1重量%
調整した後、実施例6記載の方法で超音波処
を4時間行った。
このセルロース分散液のずり速度10s -1
での定常ずり粘度は16mPa・sであった。
その後、日立工機社製の遠心分離機(himacCR22
G)を用い、アングルローターとしてR20A2を用
て遠心分離処理をおこなった。50ml遠沈管8本
を、回転軸から34度の角度で設置した。1本の
遠沈管に入れるセルロース分散液の量は30ml
した。18000rpmにて10分間遠心分離作業を行っ
。この時、本ローターでの遠心力は計算に
り38900Gと求められた。沈殿物を除去した上
みの分散液中に含まれるセルロースの平均
維径は、SEM観察より20nmであった。上澄みに
含まれるセルロース残存率は92%であった。
このセルロース分散液中のセルロースは、
角X線回折像から、セルロースI型結晶構造
あることが確認された。また、この分散液
可視光透過率を測定したところ、800nmでは98%
、550nmでは96%、400nmでは92%であった。
このセルロース分散液を用いて、製造例3記
載の方法と同様な方法でセルロース不織布を
製造した。得られたセルロース不織布の厚み
は47μmで、空隙率は46体積%であった。
この不織布に、実施例1記載の方法で光硬化
性樹脂組成液を含浸させ、実施例1記載の方
で光硬化して複合体を製造した。得られた
合体中のセルロース含量は60重量%であり、
みは58μmであった。この複合体のヘーズは4.0
、全光線透過率は73%、平行光線透過率は70%、
線膨張係数は15ppm/Kであった。
<実施例8>
製造例1で得られたセルロース分散液を酢酸
中に分散して濾過する工程を3度行い、水を
酸に置換した。セルロース1gに対して、トル
エン50ml、酢酸40ml、60%過塩素酸水溶液0.2mlを
合しておき、そこに酢酸置換したセルロー
を添加した後無水酢酸1mlを添加し攪拌しな
ら1時間アセチル化反応させた。反応後、反
液を濾過して、メタノール、脱塩水の順で
浄した。これを0.5重量%の水懸濁液とし、増
幸産業社製の石臼式摩砕機スーパーマスコロ
イダーMKCA6-2を用い、GC6-80の石臼を用いて、
ャップ間を80μmにして回転数1500rpmにて、原
投入口から投入する操作を2回行った。さら
、超高圧ホモジナイザー(スギノマシン社製
アルティマイザー)に150MPaで2回、245MPaで10回
した。このセルロース分散液をセルロース
度が0.25重量%になるように希釈した後、SMT社
製超音波ホモジナイザーUH-600S(周波数20kHz、
効出力密度22W/cm 2
)を用いて超音波処理を行った。36mmφのスト
ート型チップ(チタン合金製)を用い、アウト
プットボリウム8でチューニングを行い、最
なチューニング位置で60分間、50%の間欠運転
にて超音波処理を行った。50%の間欠運転とは
0.5秒間超音波を発振した後0.5秒間休止を行う
運転をさす。
セルロース分散液は処理容器の外側から5℃
の冷水で冷却し、分散液温度15℃±5℃に保ち
がら処理を行った。また、マグネティック
ターラーにて撹拌しながら処理を行った。
このセルロース分散液をさらに0.13重量%に
釈して、遠心分離機を行った。遠心分離機
して日立工機社製のhimacCR22Gを用い、アング
ローターとしてR20A2を用いた。50ml遠沈管8本
を、回転軸から34度の角度で設置した。1本の
遠沈管に入れるセルロース分散液の量は30ml
した。18000rpmにて30分間遠心分離作業を行い
の上澄み液を採取した。
このセルロース分散液を製造例3の方法で抄
紙して、白色のアセチル化セルロース不織布
を得た。この不織布の厚さは44μm、化学修飾
は9.0mol%であった。また空隙率は46vol%であっ
た。
この不織布に、実施例1記載の方法で光硬化
性樹脂組成液を含浸させ、実施例1記載の方
で光硬化して複合体を製造した。得られた
合体中のセルロース含量は38重量%であり、
みは82μmであった。この複合体のヘーズは0.3
4、全光線透過率は91%、平行光線透過率は90%
線膨張係数は23ppm/Kであった。
<実施例9>
製造例2で得られたセルロース分散液を0.2重
量%に水で希釈し、孔径1μmのPTFEを用いた90mm
の濾過器に100g投入し、固形分が約5wt%になっ
たところで2-プロパノールを投入し置換した
120℃にて0.15MPaで5分間プレス乾燥してセル
ース不織布を得た。
このセルロース不織布を100mlの無水酢酸に
浸して100℃にて7時間加熱した。その後、蒸
水でよく洗浄し、最後に2-プロパノールに10
分浸した後、120℃にて0.15MPa5分間プレス乾燥
て62μmのアセチル化セルロース不織布を得
。この不織布の化学修飾率は33mol%であった
また空隙率は56vol%であった。
オキセタン樹脂OXT-211(東亜合成社製)50重量
、OXT-221(東亜合成(株)社製)40重量部、水添ビ
フェノール型エポキシ樹脂YX8000(JER社製)10重
量部と硬化剤SP170(アデカ社製)5重量部を60℃
よくかき混ぜて組成物を作った。この混合
に上記のアセチル化セルロース不織布を浸
した。2枚のガラス板に0.1mm厚みのシリコー
ゴム製スペーサーを介して、上記組成物含
不織布をはさみ、無電極水銀ランプ(フュー
ョンUVシステムズ社製「Dバルブ」)の下を、
照度400mW/cm 2
にて、ライン速度2m/minで通過させた。紫外線
の光量は0.43J/cm 2
であった。被照射ガラス面を反転し、この操
作を二度繰り返した。次いで、照度1900mW/cm 2
にて、ライン速度2m/minで先と同様にガラス面
を照射毎に反転して6回照射した。紫外線照
後のガラス面の温度は44℃であった。全紫外
線量は17.5J/cm 2
であった。紫外線照射終了後、ガラス板より
はずした。次いで、190℃の真空オーブン中で
1時間加熱して複合体を得た。
なお、紫外線の照度は、オーク製作所社製
外線照度計「UV-M02」で、アタッチメント「U
V-35」を用いて、320~390nmの紫外線の照度を23℃
で測定した。
このサンプルを上記の方法にて線膨張係数
測定したところ、12ppm/Kととても低い値であ
った。また、上記の方法で全光線透過率を測
定した。90%であり、十分な透明性が得られた
。結果を表1に示す。表面性状も皺がなく、
好な複合シートを得ることができた。
<実施例10>
オキセタン樹脂OXT-211(東亜合成社製)20重量
、ビスフェノール型エポキシ樹脂828EL(JER社
)80重量部と硬化剤SP170(アデカ社製)5重量部を
60℃でよくかき混ぜて組成物を作った他は、
施例9記載の方法でセルロース繊維複合体を
作製した。結果は表1に示す。良好な結果が
られた。
<実施例11>
オキセタン樹脂OXT-221(東亜合成社製)50重量
、オキセタン樹脂ETERNACOLLOXBP(宇部興産社製)4
0重量部、ビスフェノール型エポキシ樹脂828EL
(JER社製)10重量部と硬化剤SP170(アデカ社製)5重
量部を60℃でよくかき混ぜて組成物を作った
は、実施例9記載の方法でセルロース繊維複
合体を作製した。結果は表1に示す。良好な
果が得られた。
<実施例12>
オキセタン樹脂OXT-211(東亜合成社製)50重量
、OXT-221(東亜合成社製)40重量部、エポキシ樹
脂KL-613(クラレ社製)10重量部と硬化剤SP170(ア
カ社製)1重量部を60℃でよくかき混ぜて組成
を作った他は、実施例9記載の方法でセルロ
ース繊維複合体を作製した。結果は表1に示
。良好な結果が得られた。
<実施例13>
製造例1で得られたセルロース分散液をセル
ロース濃度0.5重量%に調整し、ガウリン社製
高圧ホモジナイザーを用い、噴射圧力35MPaに
て20回処理を行った。分散液中のセルロース
維の平均繊維径は5μmであった。実施例6の
音波処理を60分間行った。分散液中のセルロ
ースの平均繊維径は、TEM観察より10nmであっ
。このセルロース分散液中のセルロースは
広角X線回折像から、セルロースI型結晶構造
であることが確認された。
処理後のセルロース分散液のセルロース濃
を0.125重量%に希釈した。このセルロース分
液のずり速度10s -1
での定常ずり粘度は32mPa・sであった。また、
18000rpm(38900G)にて遠心分離を行ったところ、
澄みに含まれるセルロース残存率は90%であ
た。
また、この分散液の可視光透過率を測定し
ところ、800nmでは99%、550nmでは99%、400nmでは9
6%であった。
このセルロース分散液を製造例3の方法で抄
紙したセルロース不織布の表面をSEMで観察し
たところ、平均繊維径が10nmのナノファイバ
セルロースが観察された。得られたセルロ
ス不織布の厚みは37μmで、空隙率は60体積%で
あった。
このセルロース不織布を、実施例1の方法で
光硬化性樹脂組成液を含浸させ、実施例1記
の方法で光硬化して複合体を製造した。得
れた複合体中のセルロース含量は42重量%で
り、厚みは44μmであった。この複合体のヘー
ズは0.81%、全光線透過率は93%であった。平行
線透過率は92%、線膨張係数は20ppm/Kであった
。
<実施例14>
増幸産業社製の石臼式摩砕機スーパーマス
ロイダーMKCA6-2を用い、GC6-80の石臼を用いて
、ギャップ間を80μmにして回転数1500rpmにて、
原料投入口から、製造例1で得られた原料分
液をセルロース濃度0.5重量%に調整して、1リ
ットル投入した。摩砕機を通った処理済みセ
ルロース分散液を再び原料投入口に投入し、
合計10回摩砕機を通した。この処理後のセル
ース分散液を以後「グラインダー処理セル
ース分散液」と称す。
尚、この解繊処理実施時にはセルロースを
全に乾燥させることなく常に水に溶媒含有
(含水量)90重量%以上の濡れた状態を維持し
。
得られたグラインダー処理セルロース分散
(分散液中のセルロース繊維の平均繊維径は
500nm、セルロース濃度は0.534重量%)を用いて、
超音波照射処理時間を60分にすること以外は
施例6記載の方法と同様にして、超音波処理
を行った。このセルロース分散液中のセルロ
ースの平均繊維径は、TEM観察より10nmであっ
。さらに、この分散液中のセルロースは、
角X線回折像から、セルロースI型結晶構造で
あることが確認された。
処理後のセルロース分散液のセルロース濃
を0.125重量%に希釈した。このセルロース分
液のずり速度10s -1
での定常ずり粘度は50mPa・sであった。また、
18000rpm(38900G)にて遠心分離を行ったところ、
澄みに含まれるセルロース残存率は88%であ
た。
また、この分散液の可視光透過率を測定し
ところ、800nmでは95%、550nmでは92%、400nmでは8
8%であった。
このセルロース分散液を用いて、製造例3記
載の方法でセルロース不織布を製造した。得
られたセルロース不織布の厚みは50μmで、空
率は48体積%であった。
この不織布に実施例1記載の方法で光硬化性
樹脂を含浸させて複合体を製造した。得られ
た複合体中のセルロース含量は65重量%であり
、厚みは54μmであった。この複合体のヘーズ
2.0%、全光線透過率は76%、線膨張係数は13ppm/
Kであった。
<実施例15>
製造例2で得られた高圧ホモジナイザー処理
セルロース分散液のセルロースの平均繊維径
は、TEM観察より15nmであった。このTEM写真を
3に示す。さらに、この分散液中のセルロー
は、広角X線回折像から、セルロースI型結
構造であることが確認された。
このセルロース分散液のセルロース濃度を0
.301重量%に希釈した。このセルロース分散液
ずり速度10s -1
での定常ずり粘度は17mPa・sであった。また、
18000rpm(38900G)にて遠心分離を行ったところ、
澄みに含まれるセルロース残存率は57%であ
た。
また、この分散液の可視光透過率を測定し
ところ、800nmでは93%、550nmでは84%、400nmでは7
2%であった。この光線透過率のチャートを図5
に示す。
このセルロース分散液を用いて、製造例3記
載の方法でセルロース不織布を製造した。
得られたセルロース不織布の厚みは63μmで
空隙率は59体積%であった。
このセルロース不織布をオイル含浸により太
い繊維の存在を確認したところ、400nm以上の
維が数本観察された。このときの写真を図4
に示す。
この不織布に実施例1記載の方法で光硬化性
樹脂を含浸させて複合体を製造した。得られ
た複合体中のセルロース含量は52重量%であり
、厚みは75μmであった。この複合体のヘーズ
1.3%、全光線透過率は91%、平行光線透過率は
90%、線膨張係数は18ppm/Kであった。
<実施例16>
実施例6において、セルロース不織布の製造
にあたり、PTFE製メンブランフィルターで濾
する際に、イソプロピルアルコールを添加
なかったこと以外は同様にしてセルロース
織布を得た。
このセルロース不織布の厚みは33μm、空隙
は6体積%であり、厚み50μmでのヘーズは18%で
った。このセルロース不織布は、セルロー
繊維のみで形成されているシートであるに
かかわらずヘーズ値が低く、透明なシート
あった。
<実施例17>
実施例15において、セルロース不織布の製
にあたり、PTFE製メンブランフィルターで濾
する際に、イソプロピルアルコールを添加
なかったこと以外は同様にしてセルロース
織布を得た。
このセルロース不織布の厚みは35μm、空隙
は25体積%であり、厚み50μmでのヘーズは48%で
あった。このセルロース不織布は、セルロー
ス繊維のみで形成されているシートであるに
もかかわらずヘーズ値が低く、透明なシート
であった。
<実施例18>
超高圧ホモジナイザー処理数を5回にするほ
かは、製造例2記載の方法でセルロース分散
を調整した。この分散液をセルロース濃度0.
5重量%に調整して、日本シイベルヘグナー社
UIP2000(周波数20kHz、実行出力密度90W/cm 2
、直径50mmφのチタン合金製ホーンチップ)を
列に2台繋げた装置に毎分3リットルで全量5
ットルを循環させながら、60分間超音波を連
続に照射した。このとき、6℃の水で配管や
音波処理容器の外側から冷却した。
この分散液を0.447重量%に希釈して、ずり速
10s -1
で測定したところ、定常ずり粘度は10 mPa・s
あった。実施例6記載の方法で、日立工機社
製の遠心分離機を用い、アングルローターR20
A2を用いて、18,000rpmで10分間遠心分離を行っ
。上澄みに含まれるセルロース残存率は90%
あった。この分散液中のセルロースは、広
X線回折像から、セルロースI型結晶構造であ
ることが確認された。
超音波処理を行った分散液を、日立工機社
の遠心分離機(himacCR22G)を用いて、アングル
ーターをR18Cに交換して、分散液を毎分100ml
供給しながら連続に遠心分離を行った。ロ
ターの回転数は18,000rpmであった。
このセルロース分散液を製造例3の方法で抄
紙した。平均繊維径は10nmであった。
このセルロース不織布の厚みは60μmであっ
。空隙率は47.0重量%であった。
この不織布に、実施例1記載の方法で光硬化
性樹脂組成液を含浸させ、実施例1記載の方
で光硬化して複合体を得た。得られた複合
中のセルロース含量は35重量%であり、厚み
100μmであった。この複合体のヘーズは1.1、
光線透過率は90%、平行光線透過率は89%、線
張係数は19ppm/Kであった。
<比較例1>
製造例4で得られたアセチル化セルロース不
織布の代わりに、製造例5で得られたアセチ
化セルロース不織布を用いたこと以外は実
例1と同様の方法で厚み92μmのセルロース繊
複合体を得た。
<比較例2>
製造例4で得られたアセチル化セルロース不
織布の代わりに、製造例6で得られたバクテ
アセルロースシートを用いたこと以外は実
例1と同様の方法で厚み96μmのセルロース繊
複合体を得た。
<比較例3>
実施例1において、アセチル化セルロース不
織布を用いず、光硬化性樹脂のみを同様の条
件で硬化させて、厚み83μmの樹脂単独の硬化
を作製した。
<比較例4>
超高圧ホモジナイザー処理数を1回にする他
は製造例2記載の方法でセルロース分散液を
整した。このセルロース分散液のセルロー
濃度は0.487重量%であった。このセルロース
散液中のセルロースの平均繊維径は、SEM観
より1μmであった。さらに、この分散液中の
ルロースは、広角X線回折像から、セルロー
スI型結晶構造であることが確認された。
このセルロース分散液を用いて、製造例3記
載の方法でセルロース不織布を製造した。得
られたセルロース不織布の厚みは77μmで、空
率は63体積%であった。
このセルロース不織布に実施例1記載の方法
で光硬化性樹脂組成液を含浸させ、実施例1
載の方法で光硬化して複合体を製造した。
られた複合体中のセルロース含量は42重量%
あり、厚みは83μmであった。この複合体のヘ
ーズは38、全光線透過率は88%であった。
<比較例5>
製造例1記載の方法でセルロース分散液を調
整した。このときのセルロール濃度は0.484重
%であった。このセルロース分散液は、不均
一であり、セルロースが自重で沈降した。こ
のセルロース分散液中のセルロースの平均繊
維径は、SEM観察より130μmであった。さらに、
この分散液中のセルロースは、広角X線回折
から、セルロースI型結晶構造であることが
認された。
このセルロース分散液を用いて、製造例3記
載の方法でセルロース不織布を製造した。こ
のセルロース不織布は非常に脆く、抄きムラ
も大きかった。
実施例1~15、18及び比較例1、2および4、5で得
られたセルロース繊維複合体及び比較例で得
られた樹脂硬化物の物性を表1にまとめて示
。表1には、セルロース繊維複合体のセルロ
ル繊維含有率を併記した。
なお、実施例1~15、18及び比較例1、2および4,
5で得られたセルロース繊維複合体は、いず
も、用いた不織布の空隙部分に樹脂が充填
れたものであり、不織布の空隙率とセルロ
ス繊維複合体の樹脂充填部の体積割合はほ
等しいものであった。
表1より、本発明のセルロース繊維複合体は
、高透明性、低吸水率かつ低線膨張率である
ことが分かる。
本発明によれば、高透明性、低吸水性で、
線膨張率の繊維複合体が提供される。本発
の繊維複合体は、各種産業分野におけるガ
ス代替用プラスチック材料として有用であ
、特に、高透明性、低吸水率かつ低線膨張
といった優れた特性を生かして、各種ディ
プレイ基板材料、太陽電池用基板、窓材等
有用である。
なお、2007年12月21日に出願された日本特許
願2007-330490号、2007年12月25日に出願された日
特許出願2007-332326号及び2008年5月13日に出願
れた日本特許出願2008-126172号の明細書、特
請求の範囲、図面及び要約書の全内容をこ
に引用し、本発明の明細書の開示として、
り入れるものである。
Next Patent: MULTILAYER PRINTED BOARD AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
