[发明专利]纳米纤维分散体及其粉体以及3D打印机用造型材料

说明书

本发明获得良好地分散有纤维素纳米纤维的分散体、将其粉末化而成的粉末状纤维素纳米纤维、将该粉末状纤维素纳米纤维配合到树脂中而得的树脂组合物和使用该树脂组合物的3D打印机用造型材料。通过将含有未改性纤维素纳米纤维和分散剂的混合物与水一起用高速搅拌型无介质分散型进行处理，得到纤维素纳米纤维稳定分散体，进一步将该分散体粉末化后配合到树脂或橡胶成分中，得到纤维素纳米纤维均匀地微细分散的组合物。另外，通过将该粉体化的纤维素纳米纤维配合到热塑性树脂或热固性树脂中而得到的机械特性、耐热性得到了提高的树脂组合物可用作3D打印机用的造型材料。

技术领域

本发明涉及纤维素纳米纤维等纳米纤维良好地分散而成的分散体及其制造方法以及将该分散体干燥而得到的粉末状纳米纤维、均匀地分散有该纳米纤维的树脂组合物、使用该树脂组合物的3D打印机用造型材料。

背景技术

属于天然大量存在的生物质的纤维素中，纳米纤维集束化而形成纤维结构，主要作为植物的强韧结构材料发挥功能。在这样的纤维素纤维的结构材料中，在纳米纤维表面间主要利用介由氢键的键合力牢固地集束，因此难以分散成本来的纳米纤维的状态。

因此，在专利文献1中，提出了将含有纤维素纳米纤维和阴离子性分散剂的分散体进行高压喷射处理而得到的纤维素纳米纤维的分散体，其中，上述阴离子性分散剂是磷酸或多磷酸、磷酸或多磷酸的盐、聚丙烯酸、聚丙烯酸共聚物、聚丙烯酸的盐、聚丙烯酸共聚物的盐等的磷酸基(P-OH)、羧基(-COOH)、磺基(-SO₃H)或者它们的金属盐基团中的至少1种键合而成的。

然而，在该专利文献1中，由于使用了如上所述的阴离子性分散剂作为分散剂，所以在纤维素纳米纤维表面形成阴离子层，另外，制造分散体时，由于进行高压喷射处理，所以需要特别的专用装置。

另外，以往提出有多种使用了纳米纤维、例如纤维素纳米纤维的树脂组合物。

然而，对于现有的使纤维素纳米纤维与树脂复合化而成的树脂组合物而言，存在纤维素纳米纤维的树脂中的分散性低的情况。并且，使用疏水性较高的树脂时，纤维素纳米纤维的树脂中的分散性尤其容易变低。

因此，为了提高例如纤维素纳米纤维的树脂中的分散性，提出了通过在将聚合性化合物和纤维素纳米纤维分散于溶剂而成的分散液中，使该聚合性化合物进行聚合，由此得到纤维素纳米纤维均匀地分零落存在树脂中的复合树脂组合物的方法(专利文献2)等。

然而，该方法中，由于使聚合性化合物在纤维素纳米纤维的分散液中聚合，所以反应体系复杂且成本高。另外，得到的复合树脂组合物本身分零落存在溶剂中，因此必须另外进行干燥。

另外，为了提高纤维素纳米纤维的分散性，还提出了在该纤维素纳米纤维中配合具有树脂亲和性链段A和纤维素亲和性链段B且具有嵌段共聚物结构或梯度共聚物结构的分散剂作为分散剂的组合物(专利文献3)。然而，在该专利文献3的技术中，分散剂需要用特殊的活性自由基聚合法合成，并且需要在使用分散剂使纤维素纳米纤维解纤·分散于有机溶剂中后分散于树脂的有机溶剂溶液中，因此，操作·后处理繁琐且需要精密的控制，存在问题。

此外，基于计算机上的设计数据制作三维产品的3D打印机不使用模具和熔融成型装置就能够制作出塑料制的部件、夹具、产品，其以企业为中心在迅速普及。特别是作为造型材料使用热塑性树脂的熔融层积成型方式的3D打印机还销售有廉价版，因此已开始向个人普及。

作为这样的熔融层积成型法式3D打印机中使用的造型材料，提出了含有热塑性树脂和分零落存在该树脂中的功能性纳米填料的功能性树脂组合物(专利文献4)。该专利文献的技术要点是使用超临界二氧化碳并利用双轴混炼挤出机对碳纳米纤维或纳米粘土粒子进行混炼，但不使用分散剂。这样的话，纳米填料的分散不充分，本来的纳米填料的功能无法充分发挥，仅是作为纳米纤维例示了纤维素纳米纤维。

现有技术文献

专利文献