[发明专利]纤维素纳米纤维及其制造方法、使用了该纤维素纳米纤维的水分散体以及纤维增强复合材料

说明书

本发明提供一种对水的分散性良好并能够高浓度地使水溶性聚合物含有的纤维素纳米纤维及获得该纤维素纳米纤维的方法、以及使用了该纤维素纳米纤维的纤维增强复合材料。通过对未修饰的纤维素进行酶处理及/或酸处理、机械性剪切处理，制造平均聚合度是100以上且800以下、长径比是150以上且2000以下的纤维素纳米纤维。该纤维素纳米纤维分散性良好，并能够高浓度地分散于水溶性聚合物，因而能够制成高强度的纤维增强复合材料。

技术领域

本发明涉及在将纤维素纳米纤维分散到水溶性聚合物来制造纤维增强复合材料时的一种分散性良好的纤维素纳米纤维以及获得该纤维素纳米纤维的方法。另外，本发明还涉及使用了该纤维素纳米纤维的纤维增强复合材料。

背景技术

纤维增强复合材料因其高强度且轻量，被广泛应用于飞机、汽车等结构材料、高尔夫球杆、网球拍等体育用品以及一般产业用途中的成型素材。

在现有技术中，纤维素纳米纤维作为纤维增强复合材料的加强材与碳纤维、玻璃纤维等一起被使用。

碳纤维和玻璃纤维作为增强纤维具有非常优异的特性，然而被指出在制造过程中需要大量能源，同时需要矿物、化石燃料为材料，再利用困难且对环境造成的负担较高。

而另一方面，纤维素纳米纤维与其他增强纤维相比，不仅能够获得优异的加强效果，由于其是利用来源于植物、细菌等的纤维素制造的，制造时对环境的负担较小，而且具有不会像玻璃纤维那样在废弃时残留燃烧残渣等好处。因此，以纤维素纳米纤维为增强纤维的纤维增强复合材料近年来倍受瞩目。

纤维素纳米纤维可以通过利用均质机(homogenizer)等的机械性剪切(专利文献1)、利用含有离子液体的溶液进行处理(专利文献2)等几种方法制造而得。

将根据上述方法制造的纤维素纳米纤维分散到水中后的水分散体即使在低浓度下也具有非常高的粘度，对水溶性聚合物的分散性差。因此，高浓度地将纤维素混合到聚合物、所谓高浓度填充并不容易。所以，被采用有利用修饰基(modifying groups)来化学修饰纤维素纳米纤维表面的羟基(hydroxyl groups)、通过加入添加剂来提高水溶性聚合物内的分散性的方法(专利文献2)。

另外，还被揭示有以下一种方法(专利文献3)：在将低浓度的纤维素纳米纤维的分散体混合到低浓度的聚合物溶液后，通过进行浓缩来实现达到所需强度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-17592号公报

专利文献2：日本特开2011-184816号公报

专利文献3：日本特开2011-208293号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，对纤维素纳米纤维进行化学修饰、或者在将低浓度的分散体混合到聚合物溶液后再实施高浓度浓缩等预处理步骤较为繁杂，因而被寻求一种无需进行这些步骤的纤维素纳米纤维。

因此，虽然通过使用聚合度低且较短的纤维素纳米纤维来实现分散性的改善，但是存在制造的复合体的强度不高的问题。

为了解决上述课题，本发明的课题在于制造一种具有优异的作为加强材的加强效果的纤维素纳米纤维的特性被维持、无需化学修饰等预处理步骤、对水的分散性良好且能够使水溶性聚合物以高浓度并分散性良好地含有的纤维素纳米纤维。

用于解决课题的方式

作为本发明的纤维增强复合材料的增强纤维进行使用的纤维素纳米纤维的特征在于，其由未修饰的纤维素构成，所述纤维素纳米纤维的平均聚合度是100以上且800以下，长径比是150以上且2000以下。