[发明专利]纤维素纳米纤维分散液、纤维素纳米纤维复合树脂及它们的制造方法

说明书

本发明涉及一种纤维素纳米纤维分散液、纤维素纳米纤维复合树脂及它们的制造方法，所述纤维素纳米纤维分散液包含：化学改性纤维素0.01重量％～30重量％、表面活性剂0.01重量％～20重量％、以及分散溶剂50重量％～99.8重量％，所述化学改性纤维素为经过对纤维素中所含的羟基用二元酸酐改性的半酯化处理而得到的细粉化学改性纤维素，并且所述表面活性剂为选自利用威廉米吊片法得到的表面张力的测定值为70m·N/m以下且液滴与固体表面的接触角为90°以下的表面活性剂中的至少一种。

技术领域

本发明涉及纤维素纳米纤维分散液、纤维素纳米纤维复合树脂及其制造方法，特别是通过使用本分散液，能够提高利用注射机、挤出机等制造的各种制品的强度、耐热性，并且能够提高各种树脂制品的强度、耐热性。

背景技术

近年来，为了提高树脂制品的特性，在进行关于纤维与树脂的复合化的研究开发。例如，为了提高强度，提出了关于玻璃纤维与树脂的复合化的方案(专利文献1)。另外，通过将玻璃纤维等无机填料与树脂复合化，强度、刚性显著提高。但是，由于玻璃纤维自身的比重大，因此制品重量变大，难以应用于要求轻量化的汽车用部件等。因此，通过将比重低于玻璃纤维的芳纶、丙烯酸、人造丝等合成纤维与树脂复合化，实现了轻量化，但是存在机械强度、刚性的提高不充分的问题。而且，由于这些纤维的直径为约20μm，因此在应用于推进了薄膜化的膜制品的情况下，纤维直径比膜厚度粗，因此还存在形成凹凸、产生厚度不良的问题。

于是，近年来，丰富存在于自然界中、比重小的植物纤维受到关注，其中，特别是由针叶树、阔叶树、竹等植物产生的纤维素纳米纤维(CeNF)备受关注。CeNF来源于植物，因此与纸同样地是环境负荷小、可再利用性优异的材料。另外，具有表示随温度变化的收缩程度的线性热膨胀系数与玻璃纤维同样地低、弹性模量高的特征。因此，近年来，大量开展了用于由植物产生CeNF并利用该CeNF的研究。

例如，可以列举作为要求高阻隔性的制品的食品包装材料的领域。一直以来，作为具有阻气性的包装材料，使用了使用金属的罐制品、由玻璃制成的瓶制品，但是近年来由于环境负荷高，因此正在进行以纸、塑料为主体的制品的替代。例如，在包装材料的领域中，在需要包含阻气层的多层结构的情况下，提出了在纸基材上设置含有实施了紫外线照射处理的CeNF的阻气层的方法(专利文献2、专利文献3)。

所述CeNF由于是自身具有羟基的结构，因此亲水性高，一旦干燥则纳米纤维彼此通过氢键而牢固地凝聚。因此，通常制造在水介质中进行了物理或化学解纤处理的CeNF分散浆料。对于该分散浆料中的CeNF而言，通常使用将纸浆等纤维素纤维添加到水中而进行浸渗、然后通过机械处理进行解纤处理的方法。关于CeNF表面的化学改性处理方法，提出了利用改性基团对CeNF表面的羟基的一部分或全部进行化学改性来减少羟基的方法(专利文献4)；通过对羟基的一部分进行多元酸单酯化处理来提高聚烯烃树脂中的均匀分散性的方法(专利文献5)。

作为制造所述CeNF的方法而言，可以列举物理方法和化学方法。首先，对于物理方法，可以列举高压均质机或球磨机、石磨方式等(专利文献6、专利文献7)。

另外，在化学方法中研究了如下的方法：通过对作为有机溶剂的2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基(TEMPO)和纤维素进行TEMPO催化氧化反应处理，将具有微米尺寸纤维宽度的CeNF表面的羟基转换为羧基而制成Na盐，在水中CeNF间的静电排斥和渗透压力效果起作用，并以轻微的机械处理进行解纤(专利文献8)。

在利用所述CeNF时，成为问题的是CeNF的相容性。CeNF具有来自纤维素分子的羟基，因此纤维表面具有亲水性的特征。因此，在作为增强材料添加到塑料等树脂中的情况下，相容性差，因此导致CeNF彼此凝聚。因此，通过用疏水基对CeNF表面进行化学改性，能够显著提高在疏水性的塑料、油中的分散状态。