[發明專利]纖維素納米纖維分散液、纖維素納米纖維復合樹脂及它們的制造方法

有效

• 申請號: 201880057064.1
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN111094424B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 石黑亮;中村諭
• 申請（專利權）人: 株式會社日本制鋼所
• 主分類號: C08L1/10
• 分類號: C08L1/10;C08B3/12;C08B15/08;C08J7/04;C08L23/00;C08L67/00;C08L77/00;D01F2/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 王海川;張泉陵

本發明涉及一種纖維素納米纖維分散液、纖維素納米纖維復合樹脂及它們的制造方法，所述纖維素納米纖維分散液包含：化學改性纖維素0.01重量％～30重量％、表面活性劑0.01重量％～20重量％、以及分散溶劑50重量％～99.8重量％，所述化學改性纖維素為經過對纖維素中所含的羥基用二元酸酐改性的半酯化處理而得到的細粉化學改性纖維素，并且所述表面活性劑為選自利用威廉米吊片法得到的表面張力的測定值為70m·N/m以下且液滴與固體表面的接觸角為90°以下的表面活性劑中的至少一種。

技術領域

本發明涉及纖維素納米纖維分散液、纖維素納米纖維復合樹脂及其制造方法，特別是通過使用本分散液，能夠提高利用注射機、擠出機等制造的各種制品的強度、耐熱性，并且能夠提高各種樹脂制品的強度、耐熱性。

背景技術

近年來，為了提高樹脂制品的特性，在進行關于纖維與樹脂的復合化的研究開發。例如，為了提高強度，提出了關于玻璃纖維與樹脂的復合化的方案(專利文獻1)。另外，通過將玻璃纖維等無機填料與樹脂復合化，強度、剛性顯著提高。但是，由于玻璃纖維自身的比重大，因此制品重量變大，難以應用于要求輕量化的汽車用部件等。因此，通過將比重低于玻璃纖維的芳綸、丙烯酸、人造絲等合成纖維與樹脂復合化，實現了輕量化，但是存在機械強度、剛性的提高不充分的問題。而且，由于這些纖維的直徑為約20μm，因此在應用于推進了薄膜化的膜制品的情況下，纖維直徑比膜厚度粗，因此還存在形成凹凸、產生厚度不良的問題。

于是，近年來，豐富存在于自然界中、比重小的植物纖維受到關注，其中，特別是由針葉樹、闊葉樹、竹等植物產生的纖維素納米纖維(CeNF)備受關注。CeNF來源于植物，因此與紙同樣地是環境負荷小、可再利用性優異的材料。另外，具有表示隨溫度變化的收縮程度的線性熱膨脹系數與玻璃纖維同樣地低、彈性模量高的特征。因此，近年來，大量開展了用于由植物產生CeNF并利用該CeNF的研究。

例如，可以列舉作為要求高阻隔性的制品的食品包裝材料的領域。一直以來，作為具有阻氣性的包裝材料，使用了使用金屬的罐制品、由玻璃制成的瓶制品，但是近年來由于環境負荷高，因此正在進行以紙、塑料為主體的制品的替代。例如，在包裝材料的領域中，在需要包含阻氣層的多層結構的情況下，提出了在紙基材上設置含有實施了紫外線照射處理的CeNF的阻氣層的方法(專利文獻2、專利文獻3)。

所述CeNF由于是自身具有羥基的結構，因此親水性高，一旦干燥則納米纖維彼此通過氫鍵而牢固地凝聚。因此，通常制造在水介質中進行了物理或化學解纖處理的CeNF分散漿料。對于該分散漿料中的CeNF而言，通常使用將紙漿等纖維素纖維添加到水中而進行浸滲、然后通過機械處理進行解纖處理的方法。關于CeNF表面的化學改性處理方法，提出了利用改性基團對CeNF表面的羥基的一部分或全部進行化學改性來減少羥基的方法(專利文獻4)；通過對羥基的一部分進行多元酸單酯化處理來提高聚烯烴樹脂中的均勻分散性的方法(專利文獻5)。

作為制造所述CeNF的方法而言，可以列舉物理方法和化學方法。首先，對于物理方法，可以列舉高壓均質機或球磨機、石磨方式等(專利文獻6、專利文獻7)。

另外，在化學方法中研究了如下的方法：通過對作為有機溶劑的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基(TEMPO)和纖維素進行TEMPO催化氧化反應處理，將具有微米尺寸纖維寬度的CeNF表面的羥基轉換為羧基而制成Na鹽，在水中CeNF間的靜電排斥和滲透壓力效果起作用，并以輕微的機械處理進行解纖(專利文獻8)。

在利用所述CeNF時，成為問題的是CeNF的相容性。CeNF具有來自纖維素分子的羥基，因此纖維表面具有親水性的特征。因此，在作為增強材料添加到塑料等樹脂中的情況下，相容性差，因此導致CeNF彼此凝聚。因此，通過用疏水基對CeNF表面進行化學改性，能夠顯著提高在疏水性的塑料、油中的分散狀態。