(57)【要約】【課題】熱可塑性樹脂の生産量は熱硬化性樹脂の生産量を遥かに凌いでいるにもかかわらず、優れた物性を有するセルロースナノファイバーを高濃度に含有する熱可塑性樹脂のマスターバッチを製造する方法が見当たらなかったので、これを課題とした。【解決手段】成膜ユニットにおいて、外管ノズルに一定量の水を流し、外套管ノズルに一定量のセルロースナノファイバーを含む酸性スラリーを流し、二重管と外套管がそれぞれ陽極及び陰極となるように印加し、二重管と外套管との間に流動する酸性スラリーに含まれるセルロースナノファイバーを電気泳動法によって二重管の外側または前期外套管の内側に凝集させて筒状物質を形成し、筒状物質を連続的に引き上げ乾燥し筒状物質の乾燥品を、樹脂ペレットを製造可能な混錬式押出成形機に供給してマスターバッチとすべき熱可塑性樹脂と溶融混錬することによって、セルロースナノファイバーを含むマスターバッチを製造できる【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心円上で、かつ、垂直に配した二重管において、前期二重管の内管は外管よりも長くし、前期内管と前期外管の上端部を同一面に揃えて前期内管と前期外管との間隙を上部封止部で閉塞し、前期外管の下端部においても前期内管と前期外管との間隙を下部封止部で閉塞し、前期二重管の同心円上に外套管を配し、前期二重管の前期外管と前期外套管の下端部に電気絶縁可能な材料で封止できる外套管封止部を設け、前期二重管の上端部の外側円周上に一定間隔で穴をあけ、前期外套管封止部の下側の前期二重管の前期外管に通液可能な外管ノズルを設け、前期外套管の下端部にも通液可能な外套管ノズルを設けた成膜ユニットにおいて、前期外管ノズルに一定量の水を流しながら、前期外套管ノズルに一定量のセルロースナノファイバーを含む酸性スラリーを流し、前期二重管と前期外套管がそれぞれ陽極及び陰極となるように直流電圧を印加し、或いはまた、前期二重管と前期外套管がそれぞれ陰極及び陽極となるように直流電圧を印加し、前期二重管と前期外套管との間に流動する前期酸性スラリーに含まれる前期セルロースナノファイバーを電気泳動法によって前期二重管の外側または前期外套管の内側に凝集させて筒状物質を形成し、前期筒状物質を連続的に引き上げて乾燥して得た前期筒状物質の乾燥品を、樹脂ペレットを製造可能な混錬式押出成形機に連続的に供給してマスターバッチとすべき熱可塑性樹脂と溶融混錬することによって、セルロースナノファイバーを含むマスターバッチを製造できることを特徴とするセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチ製造方法。
【請求項２】
前期筒状物質の前期乾燥品を巻取手段で巻き取り、その後、樹脂ペレットを製造可能な混錬式押出成形機に連続的に供給してマスターバッチとすべき熱可塑性樹脂と溶融混錬することによって、セルロースナノファイバーを含むマスターバッチを製造できることを特徴とする請求項１に記載のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチ製造方法。
【請求項３】
前期筒状物質の前期乾燥品を所定の粒度にできる裁断手段で裁断して得た裁断物を、樹脂ペレットを製造可能な混錬式押出成形機に連続的に供給してマスターバッチとすべき熱可塑性樹脂と溶融混錬することによって、セルロースナノファイバーを含むマスターバッチを製造できることを特徴とする請求項１乃至２に記載のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチ製造方法。
【請求項４】
前期セルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバーを含有する木材等の天然物を粉砕できる粉砕手段で粉砕し、前期粉砕手段で得た粉砕物を磨砕できる磨砕手段で磨砕し、前期磨砕手段で得た磨砕物を解繊できる解繊手段で解繊して得たセルロースナノファイバーであり、前期セルロースナノファイバーを一定濃度、かつ、一定ｐＨのスラリーにできる調整手段により調整したスラリーを使用することを特徴とする請求項１乃至３に記載のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】国土の約７割が森林を占める日本において、この木材から作られた画期的な新素材であるセルロースナノファイバーは、優れた物性を有しているにもかかわらず、あまりにも微細繊維であるため、熱可塑性或いは熱硬化性樹脂との混錬に大きな課題があった。本発明は、それらの課題解決を目指すものであり、これが実現できれば極めて大きな社会貢献となることが期待できる。
【背景技術】
【０００２】特許庁電子図書館にアクセスし、「セルロースナノファイバー、マスターバッチ製造方」及び「セルロースナノファイバー、樹脂混錬方法」で検索したが、検索結果出願件数は０件であった。そこで、さらに「セルロースナノファイバー」で検索したところ６５０件余り出願公開並びに特許がヒットしたので、それらのうち代表的な発明について以下に所見を述べる。【０００３】特開２０１８−１３１５７４の発明においては、セルロースナノファイバーを含有する乾燥固形物とゴム成分を含有する水分散液を混合してセルロースナノファイバーを含有するゴム組成物を製造する方法であり、セルロースナノファイバーを粉粒体状である熱可塑性樹脂と組成物を製造する方法ではないので、本発明のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチの製造方法とは目的を異にしている。【０００４】特開２０１８−１２３２３８の発明においては、セルロース系原料に酸基を導入して編成セルロースを得て、当該編成セルロースを解繊してセルロースナノファイバーを得て、セルロースナノファイバーを酸性化して酸型セルロースナノファイバーを得て、当該酸型セルロースナノファイバーをゴム成分と混合して混合物を得る方法であり、セルロースナノファイバーを粉粒体状である熱可塑性樹脂と組成物を製造する方法ではないので、本発明のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチの製造方法とは目的を異にしている。【０００５】特開２０１８−１１６８２０の発明においては、電極活物質を含む粒状物質と、カルボキシメチル基含有セルロースエーテル又は塩と、セルロースファイバーとを含有する方法であり、セルロースナノファイバーを粉粒体状である熱可塑性樹脂と組成物を製造する方法ではないので、本発明のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチの製造方法とは目的を異にしている。【０００６】特開２０１８−１１５４１６の発明においては、セルロースナノファイバーを含むセルロース繊維を主成分とし、パルプをさらに含むセルロースナノファイバーの成形体の製造方法であり、本発明のセルロースナノファイバーを粉粒体状である熱可塑性樹脂と組成物を製造する方法ではないので、本発明のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチの製造方法とは目的を異にしている。【０００７】特開２０１８−０７０８３５の発明においては、水溶性ポリエステル樹脂と、セルロースナノファイバーとを含有するポリエステル樹脂組成物の製造方法であり、セルロースナノファイバーを粉粒体状である熱可塑性樹脂と組成物を製造する方法ではないので、本発明のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチの製造方法とは目的を異にしている。【０００８】特許６２７６８８８の発明においては、セルロースナノファイバーと水とを含み、セルロースナノファイバーの混合物をドライヤーにより乾燥させ、前期混合物をヒドロキシ酸、ヒドロキシ酸塩又はこれらの組み合わせを含むセルロースナノファイバーの乾燥帯の製造方法であって、セルロースナノファイバーを粉粒体状である熱可塑性樹脂と組成物を製造する方法ではないので、本発明のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチの製造方法とは目的を異にしている。【０００９】特開２０１８−０１６８１７の発明においては、セルロースナノファイバーと熱硬化性樹脂とを含有する組成物の製造方法であって、セルロースナノファイバーを粉粒体状である熱可塑性樹脂と組成物を製造する方法ではないので、本発明のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチの製造方法とは目的を異にしている。【００１０】特許６１８９５５８の発明においては、セルロースナノファイバーの樹脂中での分散性を高めることができる樹脂組成物の製造方法であり、樹脂中での分散性を高める手段として分散剤を使用しているが、本発明においては分散剤を全く使用しておらず、セルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチの製造方法の手法を異にしている。【００１１】特開２０１７−１０５９８３の発明においては、セルロース繊維、解繊助剤及び樹脂を含む樹脂組成物、さらに分散剤を含むことが望ましい樹脂組成物の提案であるが、本発明においては分散剤を全く使用しておらず、セルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチの製造方法の手法を異にしている。【００１２】特開２０１７−０１９９７６の発明においては、熱可塑性樹脂及び植物繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物であって、植物繊維はパルプ繊維を前処理及び微細化処理して得たセルロースナノファイバーであり、前期前処理と前期微細化処理方法についても言及しているが、本発明においては市販の微細化処理したセルロースナノファイバーにより、セルロースナノファイバーを粉粒体状である熱可塑性樹脂と組成物を製造する方法なので、本発明のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチの製造方法とは手法を異にしている。【００１３】再表２０１３−１４７０６２の発明においては、変性エポキシ樹脂中でセルロースナノファイバーを微細化するセルロースナノファイバーの製造方法であり、本発明においては市販の微細化処理したセルロースナノファイバーにより、セルロースナノファイバーを粉粒体状である熱可塑性樹脂と組成物を製造する方法なので、本発のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチの製造方法とは手法を異にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】本発明が解決しようとする課題は、上述の先行発明又は特許公開では、セルロースナノファイバーと粉粒体形状の熱可塑性樹脂とを混錬してセルロースナノファイバーを高濃度に含有する熱可塑性樹脂のマスターバッチを製造する方法について何らの提案もなされていなかった。我が国はもとより世界各国においても、熱可塑性樹脂の生産量は熱硬化性樹脂の生産量を遥かに凌いでいるにもかかわらず、優れた物性を有するセルロースナノファイバーを高濃度に含有する熱可塑性樹脂のマスターバッチを製造する方法が見当たらなかったので、これを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１５】本発明の課題解決手段について説明する。
請求項１の発明においては、同心円上で、かつ、垂直に配した二重管において、前期二重管の内管は外管よりも長くし、前期内管と前期外管の上端部を同一面に揃えて前期内管と前期外管との間隙を上部封止部で閉塞し、前期外管の下端部においても前期内管と前期外管との間隙を下部封止部で閉塞し、前期二重管の同心円上に外套管を配し、前期二重管の前期外管と前期外套管の下端部に電気絶縁可能な材料で封止できる外套管卦止部を設け、前期二重管の上端部の外側円周上に一定間隔で穴をあけ、前期外套管封止部の下側の前期二重管の前期外管に通液可能な外管ノズルを設け、前期外套管の下端部にも通液可能な外套管ノズルを設けた成膜ユニットにおいて、前期外管ノズルに一定量の水を流しながら、前期外套管ノズルに一定量のセルロースナノファイバーを含む酸性スラリーを流し、前期二重管と前期外套管がそれぞれ陽極及び陰極となるように直流電圧を印加し、或いはまた、前期二重管と前期外套管がそれぞれ陰極及び陽極となるように直流電圧を印加し、前期二重管と前期外套管との間に流動する前期酸性スラリーに含まれる前期セルロースナノファイバーを電気泳動法によって前期二重管の外側または前期外套管の内側に凝集させて筒状物質を形成し、前期筒状物質を連続的に引き上げて乾燥して得た前期筒状物質の乾燥品を、樹脂ペレットを製造可能な混錬式押出成形機に連続的に供給してマスターバッチとすべき熱可塑性樹脂と溶融混錬することによって、セルロースナノファイバーを含むマスターバッチを製造できるセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチ製造方法であることを特徴とする。【００１６】請求項２の発明においては、前期筒状物質の前期乾燥品を巻取手段で巻き取り、その後、樹脂ペレットを製造可能な混錬式押出成形機に連続的に供給してマスターバッチとすべき熱可塑性樹脂と溶融混錬することによって、セルロースナノファイバーを含むマスターバッチを製造できる請求項１に記載のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチ製造方法であることを特徴とする。【００１７】請求項３の発明においては、前期筒状物質の前期乾燥品を所定の粒度にできる裁断手段で裁断して得た裁断物を、樹脂ペレットを製造可能な混錬式押出成形機に連続的に供給してマスターバッチとすべき熱可塑性樹脂と溶融混錬することによって、セルロースナノファイバーを含むマスターバッチを製造できる請求項１乃至２に記載のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチ製造方法であることを特徴とする。【００１８】請求項４の発明においては、前期セルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバーを含有する木材等の天然物を粉砕できる粉砕手段で粉砕し、前期粉砕手段で得た粉砕物を磨砕できる磨砕手段で磨砕し、前期磨砕手段で得た磨砕物を解繊できる解繊手段で解繊して得たセルロースナノファイバーであり、前期セルロースナノファイバーを一定濃度、かつ、一定ｐＨのスラリーにできる調整手段により調整したスラリーを使用できる請求項１乃至３に記載のセルロースナノファイバーを含む熱可塑性樹脂のマスターバッチ製造方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】これまで、セルロースナノファイバーと粉粒体形状の熱可塑性樹脂とを混錬してセルロースナノファイバーを高濃度に含有する熱可塑性樹脂のマスターバッチを製造する方法について何らの提案もなされていなかった。我が国はもとより世界各国においても、熱可塑性樹脂の生産量は熱硬化性樹脂の生産量を遥かに凌いでいるにもかかわらず、優れた物性を有するセルロースナノファイバーを高濃度に含有する熱可塑性樹脂のマスターバッチを製造する方法が見当たらなかったが、本発明によってこれらの問題を解決することができた。これによって、あらゆる熱可塑性樹脂をセルロースナノファイバー補強熱可塑性樹脂とすることができ、様々な構造物の軽量化ひいてはコスト削減に大いに貢献できるようになった。特にＰＬＡ、ＰＬＬＡ、ＰＧＡ等の生分解性樹脂との組み合わせは、使用後に土中に埋設するだけで分解し土に還るため、著しい環境保全効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】発明を実施するための最良の形態について説明する。
「図１」に本発明の具体的態様を、
「図２」に本発明の他の実施例の具体的態様を、
「図３」に本発明の他の実施例の具体的態様を、
「図４」に本発明の他の実施例の具体的態様を、
それぞれ示す。
【実施例】
【００２１】本発明の実施例の具体的態様を「図１」に基づいて説明する。
請求項１の発明においては、同心円上で、かつ、垂直に配した二重管（１ｊ）において、前期二重管の内管（１ａ）は外管（１ｃ）よりも長くし、前期内管（１ａ）と前期外管（１ｃ）の上端部を同一面に揃えて前期内管（１ａ）と前期外管（１ｃ）との間隙を上部封止部（１ｂ）で閉塞し、前期外管（１ｃ）の下端部においても前期内管（１ａ）と前期外管（１ｃ）との間隙を下部封止部（１ｈ）で閉塞し、前期二重管（１ｊ）の同心円上に外套管（１ｄ）を配し、前期二重管（１ｊ）の前期外管（１ｃ）と前期外套管（１ｄ）の下端部に電気絶縁可能な材料で封止できる外套管封止部（１ｅ）を設け、前期二重管（１ｊ）の上端部の外側円周上に一定間隔で穴（図示せず）をあけ、前期外套管封止部（１ｅ）の下側の前期二重管（１ｊ）の前期外管（１ｃ）に通液可能な外管ノズル（１ｇ）を設け、前期外套管の下端部にも通液可能な外套管ノズル（１ｆ）を設けた成膜ユニット（１）において、前期外管ノズル（１ｇ）に一定量の水を流しながら、前期外套管ノズル（１ｆ）に一定量のセルロースナノファイバーを含む酸性スラリーを流し、前期二重管（１ｊ）と前期外套管（１ｄ）がそれぞれ陽極及び陰極となるように直流電圧を印加し、或いはまた、前期二重管（１ｊ）と前期外套管（１ｄ）がそれぞれ陰極及び陽極となるように直流電圧を印加し、前期二重管（１ｊ）と前期外套管（１ｄ）との間に流動する前期酸性スラリーに含まれる前期セルロースナノファイバーを電気泳動法によって前期二重管（１ｊ）の外側または前期外套管（１ｄ）の内側に凝集させて筒状物質を形成し、前期筒状物質を連続的に引き上げて乾燥して得た前期筒状物質の乾燥品を、樹脂ペレットを製造可能な混錬式押出成形機（３）に連続的に供給してマスターバッチとすべき熱可塑性樹脂と溶融混錬することによって、セルロースナノファイバーを含むマスターバッチを製造できるようにした。【００２２】本発明の他の実施例の具体的態様を「図２」に基づいて説明する。
請求項２の発明においては、前期筒状物質の前期乾燥品を巻取手段（６）で巻き取り、その後、樹脂ペレットを製造可能な混錬式押出成形機（３）に連続的に供給してマスターバッチとすべき熱可塑性樹脂と溶融混錬することによって、セルロースナノファイバーを含むマスターバッチを製造できるようにした。【００２３】本発明の他の実施例の具体的態様を「図３」に基づいて説明する。
請求項３の発明においては、前期筒状物質の前期乾燥品を所定の粒度にできる裁断手段（７）で裁断して得た裁断物を、樹脂ペレットを製造可能な混錬式押出成形機に連続的に供給してマスターバッチとすべき熱可塑性樹脂と溶融混錬することによって、セルロースナノファイバーを含むマスターバッチを製造できるようにした。【００２４】本発明の他の実施例の具体的態様を「図４」に基づいて説明する。
請求項４の発明においては、前期セルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバーを含有する木材等の天然物を粉砕できる粉砕手段（８ａ）で粉砕し、前期粉砕手段（８ａ）で得た粉砕物を磨砕できる磨砕手段（８ｂ）で磨砕し、前期磨砕手段（８ｂ）で得た磨砕物を解繊できる解繊手段（８ｃ）で解繊して得たセルロースナノファイバーであり、前期セルロースナノファイバーを一定濃度、かつ、一定ｐＨのスラリーにできる調整手段（８ｄ）により調整したスラリーを使用できるようにした。
【産業上の利用可能性】
【００２５】これまで、セルロースナノファイバーと粉粒体形状の熱可塑性樹脂とを混錬してセルロースナノファイバーを高濃度に含有する熱可塑性樹脂のマスターバッチを製造する方法について何らの提案もなされていなかった。我が国はもとより世界各国においても、熱可塑性樹脂の生産量は熱硬化性樹脂の生産量を遥かに凌いでいるにもかかわらず、優れた物性を有するセルロースナノファイバーを高濃度に含有する熱可塑性樹脂のマスターバッチを製造する方法が見当たらなかったが、本発明によってこれらの問題を解決することができた。これによって、あらゆる熱可塑性樹脂をセルロースナノファイバー補強熱可塑性樹脂とすることができ、様々な構造物の軽量化ひいてはコスト削減に大いに貢献できるようになった。特にＰＬＡ、ＰＬＬＡ、ＰＧＡ等の生分解性樹脂との組み合わせは、使用後に土中に埋設するだけで分解し土に還るため、著しい環境保全効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】「図１」に本発明の具体的態様を
【図２】「図２」に本発明の他の実施例の具体的態様を
【図３】「図３」に本発明の他の実施例の具体的態様を
【図４】「図４」に本発明の他の実施例の具体的態様を
【図５】「図５」に本発明の他の実施例の具体的態様をそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００２７】１    成膜ユニット
１ａ  内管
１ｂ  上部封止部
１ｃ  外管
１ｄ  外套管
１ｅ  外套管封止部
１ｆ  外套管ノズル
１ｇ  外管ノズル
１ｈ  下部封止部
２    乾燥手段
３    混錬式押出成形機
３ａ  樹脂投入口
３ｂ  セルロースナノファイバー投入口
４    ペレタイザー
５    容器
６    巻取手段
７    裁断手段
８    スラリー調整手段
８ａ  粉砕手段
８ｂ  磨砕手段
８ｃ  解繊手段
８ｄ  調整手段
【図１】
2020041114.tif 000003
【図２】
2020041114.tif 000004
【図３】
2020041114.tif 000005
【図４】
2020041114.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月27日(2018.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
【図１】に本発明の具体的態様を示す
【図２】に本発明の他の実施例の具体的態様を示す
【図３】に本発明の他の実施例の具体的態様を示す
【図４】に本発明の他の実施例の具体的態様を示す