本發明涉及樹脂組合物、樹脂成型體以及制備樹脂組合物的方法。
背景技術:
近年來,提供了各種樹脂組合物并用于各種用途。特別地,樹脂組合物已經用于家用器具或汽車的各種部件或殼體等中,或者熱塑性樹脂已經用于諸如商用機器或電氣和電子設備的殼體等部件中。
近來,植物來源的樹脂正被使用,已知的植物來源的樹脂之一是纖維素衍生物。
例如,專利文獻1中公開了一種熱成型材料,其包含不溶于水的纖維素衍生物,該纖維素衍生物包含烴基;含有酰基和亞烷氧基的基團,其中所述酰基為-co-rb1,所述亞烷氧基為-rb2-o-(其中rb1表示烴基,且rb2表示具有3個碳原子的亞烷基);以及酰基:-co-rc(其中rc表示烴基)。
[專利文獻1]日本專利no.5470032
技術實現要素:
即使是在將纖維素衍生物的重均分子量控制在10,000至75,000范圍內的情況下,在一些情況中得到的樹脂成型體的強度還是會降低,因此,期望進一步提高強度。
本發明的目的在于提供一種樹脂組合物,與在25℃下對于四氫呋喃(thf),樹脂組合物中所包含的纖維素衍生物不溶部分的量超過5重量%的情況相比,本發明的樹脂組合物能夠提供具有優異強度的樹脂成型體。
上述目的通過以下構成實現。
根據本發明第一方面,提供一種樹脂組合物,其包含:
纖維素衍生物,其中至少一個羥基被酰基取代,該纖維素衍生物的重均分子量為10,000至75,000,所述酰基的平均取代度為1.8至2.5,并且當在25℃下溶解于四氫呋喃(thf)時,該纖維素衍生物的不溶部分的量(重量比)為5重量%以下。
根據本發明第二方面,在根據第一方面所述的樹脂組合物中,當在25℃下溶解于二甲基亞砜(dmso)時,所述纖維素衍生物的不溶部分的量(重量比)為1重量%以下。
根據本發明第三方面,在根據第一或第二方面所述的樹脂組合物中,所述纖維素衍生物占所述樹脂組合物總量的比率為70重量%以上。
根據本發明第四方面,在根據第一至第三方面中任一方面所述的樹脂組合物中,還包含含己二酸酯的化合物。
根據本發明第五方面,在根據第一至第四方面中任一方面所述的樹脂組合物中,所述酰基是乙酰基。
根據本發明第六方面,提供一種樹脂成型體,其包括根據第一至第五方面中任一方面所述的樹脂組合物。
根據本發明第七方面,在根據本發明第六方面所述的樹脂成型體中,其為注射成型體。
根據本發明的第八方面,提供一種制備樹脂組合物的方法,包括:相對于100重量份的纖維素固體含量,在6重量份至20重量份的硫酸的存在下,利用酰基使纖維素酯化,從而制備重均分子量為10,000至75,000,且酰基的平均取代度為1.8至2.5的纖維素衍生物。
根據本發明的第一、第三和第四方面中的任一方面,提供了一種樹脂組合物,與在25℃下對于四氫呋喃(thf),樹脂組合物中所包含的纖維素衍生物不溶部分的量超過5重量%的情況相比,由本發明的樹脂組合物可以獲得具有優異強度的樹脂成型體。
根據本發明的第二方面,提供了一種樹脂組合物,與在25℃下對于二甲基亞砜(dmso),樹脂組合物中所包含的纖維素衍生物不溶部分的量超過1重量%的情況相比,由本發明的樹脂組合物可以獲得具有優異強度的樹脂成型體。
根據本發明的第五方面,提供了一種樹脂組合物,與酰基是除乙酰基以外的其他基團的情況相比,由本發明的樹脂組合物可以獲得具有優異強度的樹脂成型體。
根據本發明的第六方面,提供了一種樹脂成型體,與在25℃下對于四氫呋喃(thf),樹脂組合物中所包含的纖維素衍生物不溶部分的量超過5重量%的情況相比,本發明的樹脂成型體具有優異的強度。
根據本發明的第七方面,提供了一種樹脂成型體,與在25℃下對于四氫呋喃(thf),樹脂成型體中所包含的纖維素衍生物不溶部分的量超過5重量%的情況相比,本發明的樹脂成型體是具有優異的強度的注射成型體。
根據本發明的第八方面,提供了一種制備樹脂組合物的方法,與利用酰基使纖維素酯化時,相對于100重量份的纖維素固體含量,硫酸的存在量低于6重量份的情況相比,由本發明的樹脂組合物可以獲得具有優異強度的樹脂成型體。
具體實施方式
以下,將對本發明示例性實施方案的樹脂組合物和樹脂成型體進行說明。
樹脂組合物
根據本示例性實施方案的樹脂組合物包含:纖維素衍生物,其中至少一個羥基被酰基取代,該纖維素衍生物的重均分子量為10,000至75,000,所述酰基的平均取代度為1.8至2.5。
當在25℃下溶解于四氫呋喃(thf)時,該纖維素衍生物的不溶部分的量(重量比)為5重量%以下。
根據本示例性實施方案相關的樹脂組合物,可以得到具有優異強度的樹脂成型體。
實現該效果的原因推測如下。
通常而言,從纖維素衍生物的化學結構的特性或其中分子內或分子間的氫鍵結合力強的特性的觀點出發,可以得到具有優異強度和耐熱性的樹脂成型體。然而,熱流動性(即當施加熱時的低熔融粘度)低,因此,期望的是在通過加熱熔融進行成型時的成型適應性得到改進。
與此相對比,在根據本示例性實施方案的樹脂組合物中,纖維素衍生物的重均分子量在本發明的范圍內。通常而言,存在樹脂強度隨著分子量降低而降低的趨勢。隨著纖維素衍生物的分子量降低,分子鏈的末端的數目相對增加并且存在于這些末端的羥基數目也隨之增加。出于這個原因,即使纖維素衍生物的重均分子量低至75,000以下,在成型后也會在纖維素衍生物末端的羥基之間形成氫鍵,因此,認為由于高的氫鍵結合力,強度(例如,彈性模量或拉伸強度)得以提高。
與此相對比,在加熱和熔融時,末端之間的氫鍵被弱化。因此,由于纖維素衍生物的重均分子量在本發明的范圍內,粘度降低,由此提高了熱流動性。
然而,即使將纖維素衍生物的重均分子量控制在本發明的范圍內,在一些情況中,彈性模量或拉伸強度仍然會降低,因此,期望強度能夠進一步提高。
與此相對比,在本示例性實施方案中,通過將在25℃下對于四氫呋喃(thf)的不溶部分的量(重量比)調節為落入上述范圍內的量,改善了樹脂成型體的強度。
在此,在被酰基取代且酰基的平均取代度在本發明的范圍內的纖維素衍生物中,認為在25℃下對于四氫呋喃(thf)的不溶部分的量在上述范圍內表明了取代度超過2.5的纖維素衍生物的比例降低。
據信,在其中取代度超過2.5的纖維素衍生物中,取代基之間的相互作用變強,分子的活動性降低,因此,纖維素衍生物難以形成分子內氫鍵。結果,彈性模量降低,強度也降低。在本示例性實施方案中,據信,取代度超過2.5的纖維素衍生物的比例降低。因此,防止了對纖維素衍生物中分子內氫鍵的抑制并且彈性模量得以增加。結果,可以得到優異的強度。
·thf不溶部分
在本示例性實施方案中,在25℃下對于四氫呋喃(thf)的纖維素衍生物不溶部分的量(重量比)為5重量%以下。如果thf不溶部分超過5重量%,則得到的樹脂成型體的強度降低。
優選的是,thf不溶部分的量進一步為3重量%以下,并且thf不溶部分的量更優選為2重量%以下。
以下將描述對于四氫呋喃(thf)的纖維素衍生物不溶部分的測量方法。
·dmso不溶部分
在本示例性實施方案中,在25℃下對于二甲基亞砜(dmso)的纖維素衍生物不溶部分的量(重量比)優選為1重量%以下。
通過使dmso不溶部分為1重量%以下,可以得到具有優異強度的樹脂成型體。
在此,在被酰基取代且酰基的平均取代度在本發明的范圍內的纖維素衍生物中,認為在25℃下對于二甲基亞砜(dmso)的不溶部分的量在上述范圍內表明了取代度低于1.8的纖維素衍生物的比例降低。
據信,在其中取代度低于1.8的纖維素衍生物中,取代基之間的相互作用變弱,因此,引發增塑作用。結果,彈性模量降低,強度也降低。如果dmso不溶部分在上述范圍內,則認為取代度低于1.8的纖維素衍生物的比例降低。因此,防止了纖維素衍生物的增塑作用并且彈性模量得以增加。結果,可以得到優異的強度。
dmso不溶部分的量進一步優選為0.8重量%以下,并且dmso不溶部分的量更優選為0.5重量%以下。
以下將描述對于二甲基亞砜(dmso)的纖維素衍生物不溶部分的測量方法。
·控制方法
在此,在其中酰基的平均取代度為1.8至2.5的纖維素衍生物中,將在25℃下對于四氫呋喃(thf)的不溶部分的量和對于二甲基亞砜(dmso)的不溶部分的量控制在本發明的范圍內的方法的例子包括這樣的方法:降低酰基取代度高的纖維素衍生物的量和酰基取代度低的纖維素衍生物的量。即,該方法的實例包括使酰基取代度分布變窄(使纖維素衍生物具有尖銳的取代度分布)的方法。
對于具體的方法沒有特別的限制。然而,該方法的實例包括這樣的方法:當通過利用酰基取代纖維素從而進行酯化來制備纖維素衍生物時,調整硫酸的量。在硫酸的量較大的情況中,利用酰基進行的取代幾乎以均一地方式進行,從而得到具有較窄取代度分布的纖維素衍生物。
具體而言,當利用酰基取代纖維素,從而對纖維素進行酯化時,相對于100重量份的纖維素固體含量,硫酸的存在量優選為6重量份至20重量份,更優選為7重量份至18重量份,還更優選為8重量份至15重量份。
以下將對根據本發明示例性實施方案的樹脂組合物的各組分進行說明。
纖維素衍生物
·重均分子量
在本發明示例性實施方案中使用的纖維素衍生物的重均分子量為10,000至75,000。該重均分子量更優選為20,000至50,000。
如果重均分子量超過75,000,則彈性模量降低,并且耐熱性或熱流動性也降低。與此相對比,如果重均分子量低于10,000,則分子量過低,因此,彈性模量降低,并且耐熱性也降低。
在此,重均分子量(mw)是通過凝膠滲透色譜法(gpc)測定的值。具體來說,通過gpc的分子量測定是使用二甲基乙酰胺/氯化鋰(重量比90/10)的溶液,通過gpc裝置(由tosohcorporation制造,hlc-8320gpc,色譜柱:tskgelα-m)進行的。
·結構
纖維素衍生物是通過至少利用酰基使纖維素酯化而得到的纖維素衍生物,其具體實例包括由下述式(1)表示的纖維素衍生物。
在式(1)中,r1、r2和r3各自獨立地表示氫原子或酰基。n表示2以上的整數。但是,n個r1、n個r2或n個r3中的至少一個表示酰基。
由r1、r2和r3表示的酰基更優選為具有1至6個碳原子的酰基。
在式(1)中,對n的范圍沒有特別的限制,但優選為40至300,更優選為100至200。
如果n為40以上,則容易提高樹脂成型體的強度。如果n為300以下,則容易防止樹脂成型體柔性的降低。
·酰基
在本示例性實施方案中使用的纖維素衍生物中,至少一個羥基被酰基(更優選地,具有1至6個碳原子的酰基)取代。即,在纖維素衍生物具有由式(1)表示的結構的情況中,n個r1、n個r2或n個r3中的至少一個表示酰基。
因此,在由式(1)表示的纖維素衍生物中,n個r1的全部或部分可以相同或彼此不同。類似地,n個r2和n個r3的全部或部分可以相同或彼此不同。它們之中至少一個表示酰基。
相比于所有用于取代纖維素衍生物的酰基都具有7個以上碳原子的情況,具有1至6個碳原子的酰基的纖維素衍生物的彈性模量增加,并且耐熱性也得到提高。
用于取代纖維素衍生物的酰基的碳原子數優選為2至4,更優選為2至3。
酰基由“-co-rac”結構表示,并且“rac”表示氫原子或烴基(更優選具有1至5個碳原子的烴基)。
由rac表示的烴基可以為直鏈、支鏈或環狀基團中的任意一種,更優選為直鏈基團。
另外,烴基可以是飽和烴基或不飽和烴基,但更優選為飽和烴基。
另外,烴基可以含有除碳原子和氫原子以外的其它原子(例如,氧或氮),更優選為由碳原子和氫原子構成的烴基。
酰基的實例包括甲酰基、乙酰基、丙酰基、丁酰基(丁酰基基團)、戊酰基(propenoylgroup)和己酰基等。
其中,從提高樹脂組合物的彈性模量和耐熱性,以及提高樹脂組合物成型性的觀點來看,優選乙酰基。
·平均取代度
纖維素衍生物的平均取代度為1.8至2.5。此外,更優選2.0至2.5的范圍,還更優選2.2至2.5的范圍。
通過將平均取代度設為2.5以下,取代基之間的相互作用沒有變得過強,并且防止了分子活動性的降低。因此,分子之間易于形成氫鍵,由此彈性模量更加提高,并且耐熱性也更加提高。與此相比,通過將平均取代度設為1.8以上,分子間的相互作用不會變得過弱,并且抑制了增塑作用。結果,彈性模量更加提高,并且耐熱性也更加提高。
平均取代度是表示纖維素衍生物的酰化程度的指標。具體來說,平均取代度是指,對于用酰基取代的纖維素衍生物的d-吡喃型葡萄糖單元中的三個羥基,取代的數目的分子內平均值。
·合成方法
對于本示例性實施方案中使用的纖維素衍生物沒有特別的限制,但是其可以通過例如以下方法合成。
纖維素分子量的調節
首先,制備未酰化的纖維素,即,羥基未被酰基取代的纖維素,并調節其分子量。
可以使用制備的纖維素或市售的纖維素作為未酰化的纖維素。通常而言,纖維素是源于植物的樹脂,且其重均分子量通常高于本示例性實施方案中的纖維素衍生物。為此,纖維素分子量的調節通常為降低分子量的步驟。
例如,市售纖維素的重均分子量通常在150,000至500,000的范圍內。
未酰化纖維素的市售產品的實例包括nipponpaperindustries公司制造的kcflockw50、w100、w200、w300g、w400g、w-100f、w60mg、w-50gk和w-100gk、ndpt、ndps、lndp以及nspp-hr。
對于調節未酰化的纖維素的分子量的方法沒有特別限制,但其實例包括通過在液體中攪拌纖維素來降低分子量的方法。
通過調節攪拌過程中的速度、時間等,可以將纖維素的分子量調節至所需的值。另外,雖然對于攪拌過程中的攪拌速度沒有特別的限制,但該速度優選在50rpm至3,000rpm的范圍內,更優選在100rpm至1,000rpm的范圍內。另外,攪拌時間優選在1小時至48小時的范圍內,更優選在2小時至24小時的范圍內。
攪拌過程中使用的液體的實例包括鹽酸水溶液、甲酸水溶液、乙酸水溶液、硝酸水溶液以及硫酸水溶液。
纖維素衍生物的制備
纖維素衍生物可以通過利用公知的方法使用酰基對纖維素進行酰化來獲得,纖維素的分子量通過上述方法等進行調節。
在纖維素的部分羥基被乙酰基取代的情況中,所述方法的實例包括利用乙酸、乙酸酐和硫酸的混合物酯化纖維素的方法等。另外,在部分羥基被丙酰基取代的情況中,所述方法的實例包括利用丙酸酐的混合物代替乙酸酐的混合物來進行酯化的方法;在部分羥基被丁酰基取代的情況中,所述方法的實例包括利用丁酸酐的混合物代替乙酸酐的混合物來進行酯化的方法;在部分羥基被己酰基取代的情況中,所述方法的實例包括利用己酸酐的混合物代替乙酸酐的混合物來進行酯化的方法。
在利用酰基對纖維素進行酰化的步驟中,從將在25℃下對于四氫呋喃(thf)的不溶部分的量以及對于二甲基亞砜(dmso)的不溶部分的量控制在本發明的范圍內的觀點出發,優選對硫酸的量進行調節。在硫酸的量較大的情況下,利用酰基進行的取代幾乎均一地進行,從而得到具有較窄取代度分布的纖維素衍生物,并且分別將thf不溶部分和dmso不溶部分控制在了本發明的范圍內。
具體而言,優選的是,當利用酰基對纖維素進行取代從而進行酯化時,相對于纖維素的固體含量的硫酸的量在上述范圍內。
酰化后,出于調節平均取代度的目的,可以進一步提供脫酰化步驟。另外,在酰化步驟或脫酰化步驟后,可以進一步設置純化步驟。
·樹脂組合物中纖維素衍生物的占有比率
根據本示例性實施方案,纖維素衍生物占樹脂組合物總量的比率優選為70重量%以上,更優選為80重量%以上。通過將該比率控制為70重量%以上,彈性模量變高,并且耐熱性也變高。
增塑劑
根據本示例性實施方案的樹脂組合物可以進一步包含增塑劑。
增塑劑的含量優選為使纖維素衍生物占樹脂組合物總量的比率達到上述范圍內的量。更具體而言,增塑劑占樹脂組合物的總量的比率優選為15重量%以下,還更優選為10重量%以下,還更優選為5重量%以下。通過將增塑劑的比率設置在上述范圍內,彈性模量變高,并且耐熱性也變高。另外,還防止了增塑劑的滲出。
增塑劑的實例包括含己二酸酯的化合物、聚醚酯化合物、癸二酸酯化合物、乙二醇酯化合物、乙酸酯、二元酸酯化合物、磷酸酯化合物、鄰苯二甲酸酯化合物、樟腦、檸檬酸酯、硬脂酸酯、金屬皂、多元醇和聚環氧烷等。
其中,優選含己二酸酯的化合物和聚醚酯化合物,更優選含己二酸酯的化合物。
含己二酸酯的化合物
含己二酸酯的化合物(包含己二酸酯的化合物)是指單獨的己二酸酯化合物,或己二酸酯與己二酸酯以外的成分(與己二酸酯不同的化合物)的混合物。然而,含己二酸酯的化合物可包含相對于總成分為50重量%以上的己二酸酯。
作為己二酸酯,可列舉例如己二酸二酯和己二酸聚酯。具體來說,可列舉由式(2-1)表示的己二酸二酯和由式(2-2)表示的己二酸聚酯。
在式(2-1)和(2-2)中,r4和r5各自獨立地表示烷基或聚烷氧基[-(cxh2x-o)y-ra1](條件是ra1表示烷基,x表示1至10范圍內的整數。y為1至10范圍內的整數)。
r6表示亞烷基。
m1表示1至20范圍內的整數。
m2表示1至10范圍內的整數。
在式(2-1)和(2-2)中,由r4和r5表示的烷基優選為具有1至6個碳原子的烷基,更優選為具有1至4個碳原子的烷基。由r4和r5表示的烷基可以是直鏈形、支鏈形或環形中的任意一種,但優選直鏈形和支鏈形。
在式(2-1)和(2-2)中,在由r4和r5表示的聚烷氧基[-(cxh2x-o)y-ra1]中,由ra1表示的烷基優選為具有1至6個碳原子的烷基,更優選為具有1至4個碳原子的烷基。由ra1表示的烷基可以是直鏈形、支鏈形或環形中的任意一種,但優選直鏈形和支鏈形。
在式(2-2)中,由r6表示的亞烷基優選為具有1至6個碳原子的亞烷基,更優選為具有1至4個碳原子的亞烷基。由r6表示的亞烷基可以是直鏈形、支鏈形或環形中的任意一種,但優選直鏈形和支鏈形。
在式(2-1)和(2-2)中,由符號r4至r6表示的各基團可以被取代基取代。取代基的例子包括烷基、芳基和羥基。
己二酸酯的分子量(或重均分子量)優選在200至5,000的范圍內,更優選在300至2,000的范圍內。重均分子量是通過與上述的纖維素衍生物的重均分子量的測定方法相同的方法測定的值。
以下描述了含己二酸酯的化合物的具體例子,但例子不限于此。
聚醚酯化合物
作為聚醚酯化合物,(例如)可以列舉由式(3)表示的聚醚酯化合物。
在式(3)中,r7和r8各自獨立地表示具有2至10個碳原子的亞烷基。a1和a2各自獨立地表示具有1至6個碳原子的烷基、具有6至12個碳原子的芳基、或具有7至18個碳原子的芳烷基。m表示1或更大的整數。
在式(3)中,作為由r7表示的亞烷基,優選具有3至10個碳原子的亞烷基,更優選具有3至6個碳原子的亞烷基。由r7表示的亞烷基可以是直鏈形、支鏈形或環形中的任意一種,并且優選直鏈形。
如果由r7表示的亞烷基的碳數被設置為3或更多,則可以防止樹脂組合物流動性的降低,并且容易表現出熱塑性。如果由r7表示的亞烷基的碳數為10個或更少,或者由r7表示的亞烷基為直鏈形,則容易提高對纖維素衍生物的親和性。因此,如果由r7表示的亞烷基具有直鏈形,且碳數在上述范圍內,則樹脂組合物的成型性得以提高。
鑒于此,特別地,由r7表示的亞烷基優選為正亞己基(-(ch2)6-)。即,聚醚酯化合物優選為其中r7表示正亞己基(-(ch2)6-)的化合物。
在式(3)中,作為由r8表示的亞烷基,優選具有3至10個碳原子的亞烷基,更優選具有3至6個碳原子的亞烷基。由r8表示的亞烷基可以是直鏈形、支鏈形或環形中的任意一種,并且優選直鏈形。
如果由r8表示的亞烷基的碳數為3或更多,則可防止樹脂組合物流動性的降低,并且容易表現出熱塑性。如果由r8表示的亞烷基的碳數為10個或更少,或者如果由r8表示的亞烷基為直鏈形,則容易提高對纖維素衍生物的親和性。因此,如果由r8表示的亞烷基具有直鏈形,且碳數在上述范圍內,則提高了樹脂組合物的成型性。
鑒于此,特別地,由r8表示的亞烷基優選為正亞丁基(-(ch2)4-)。即,聚醚酯化合物優選為其中r8表示正亞丁基(-(ch2)4-)的化合物。
在式(3)中,由a1和a2表示的烷基為具有1至6個碳原子的烷基,更優選具有2至4個碳原子的烷基。由a1和a2表示的烷基可以是直鏈形、支鏈形或環形中的任意一種,并且優選支鏈形。
由a1和a2表示的芳基是具有6至12個碳原子的芳基,其例子包括諸如苯基和萘基等未取代的芳基;或諸如叔丁基苯基、羥苯基等取代的苯基。
由a1和a2表示的芳烷基是由-ra-ph表示的基團。ra表示直鏈形或支鏈形的具有1至6個碳原子(優選2至4個碳原子)的亞烷基。ph表示未取代苯基或者被直鏈形或支鏈形的具有1至6個碳原子(優選2至6個碳原子)的烷基取代的取代苯基。芳烷基的具體例子包括諸如芐基、苯甲基(苯乙基)、苯丙基、苯丁基等未取代的芳烷基;和諸如甲基芐基、二甲基芐基和甲基苯乙基等取代的芳烷基。
a1和a2中的至少一者優選表示芳基或芳烷基。即,聚醚酯化合物優選為這樣的化合物,其中a1和a2中的至少一者表示芳基(優選苯基)或芳烷基;更優選為這樣的化合物,其中a1和a2均表示芳基(優選苯基)或芳烷基。
接下來,描述聚醚酯化合物的性質。
聚醚酯化合物的重均分子量(mw)優選為450至650的范圍內,更優選為500至600的范圍內。
如果重均分子量(mw)在450或以上,滲出(沉積現象)則難以發生。如果重均分子量(mw)在650或以下,容易提高對纖維素衍生物的親和性。因此,如果重均分子量(mw)在上述范圍內,則樹脂組合物的成型性得以提高。
另外,聚醚酯化合物的重均分子量(mw)是通過凝膠滲透色譜法(gpc)測定的值。具體而言,使用氯仿溶劑以tosohcorporation制造的hplc1100作為測定裝置,并使用tosohcorporation制造的tskgelgmhhr-m+tskgelgmhhr-m色譜柱(7.8mmi.d.30cm)來進行分子量的gpc測量。另外,通過使用由單分散聚苯乙烯標準測試樣品制作的分子量校準曲線,由測試結果計算重均分子量。
25℃下聚醚酯化合物的粘度優選為在35mpa·s至50mpa·s的范圍內,更優選在40mpa·s至45mpa·s的范圍內。
如果粘度為35mpa·s或以上,則在纖維素衍生物中的分散性容易提高。如果粘度為50mpa·s或以下,則聚醚酯化合物的分散體的各向異性不容易顯示出來。因此,如果粘度在上述范圍內,則樹脂組合物的成型性得以提高。
另外,所述粘度是通過使用e型粘度計測定的值。
聚醚酯化合物的溶解度參數(sp值)優選地在9.5至9.9的范圍內,更優選在9.6至9.8的范圍內。
如果溶解度參數(sp值)在9.5至9.9的范圍內,就容易提高在纖維素衍生物中的分散性。
溶解度參數(sp值)是通過fedor法計算的值。具體而言,例如,溶解度參數(sp值)是根據polym.eng.sci.,第14卷第147頁(1974)的說明由以下方程式計算的。
方程:sp值=√(ev/v)=√(σδei/σδvi)
在該方程中,ev:蒸發能(cal/mol),v:摩爾體積(cm3/mol),δei:各原子或原子團的蒸發能,和δvi:各原子或原子團的摩爾體積。
另外,溶解度參數(sp值)采用(cal/cm3)1/2為單位,但按照慣例,省略該單位,將溶解度參數以無量綱的方式表示。
下面,對聚醚酯化合物的具體例子進行描述,但本發明并不限于此。
其它成分
本示例性實施方案的樹脂組合物根據需要可以含有除上述成分以外的成分。作為其它成分,例如可以列舉阻燃劑、增容劑、抗氧化劑、防粘劑、耐光劑、耐候劑、著色劑、顏料、改性劑、抗滴落劑、抗靜電劑、抗水解劑、填料和增強劑(玻璃纖維、碳纖維、滑石、粘土、云母、玻璃薄片、磨碎的玻璃、玻璃珠、結晶二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、氮化鋁、氮化硼等)。這些成分的含量占樹脂組合物總量的0重量%至5重量%的范圍內。這里,表述“0重量%”意味著不含其它成分。
示例性實施方案的樹脂組合物可以包含除上述樹脂以外的其他樹脂。然而,其他樹脂的包含量使纖維素衍生物占樹脂組合物的總量的比率在上述范圍內。
作為其它樹脂,包括(例如)在本領域中公知的熱塑性樹脂。具體而言,可以列舉聚碳酸酯樹脂;聚丙烯樹脂;聚酯樹脂;聚烯烴樹脂;聚酯碳酸酯樹脂;聚苯醚樹脂;聚苯硫醚樹脂;聚砜樹脂;聚醚砜樹脂;聚亞芳基樹脂;聚醚酰亞胺樹脂;聚縮醛樹脂;聚乙烯醇縮醛樹脂;聚酮樹脂;聚醚酮樹脂;聚醚醚酮樹脂;聚芳基酮樹脂;聚醚腈樹脂;液晶樹脂;聚苯并咪唑樹脂;聚仲班酸樹脂;通過聚合或共聚合選自由以下物質構成的組中的一種或多種乙烯基單體而得到的乙烯基聚合物樹脂或乙烯基共聚物樹脂,所述物質為:芳香族烯基化合物、甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯以及丙烯腈化合物;二烯-芳香族烯基化合物共聚物樹脂;丙烯腈-二烯-芳香族烯基化合物共聚物樹脂;芳香族烯基化合物-二烯-丙烯腈-n-苯基馬來酰亞胺共聚物樹脂;丙烯腈-(乙烯-二烯-丙烯(epdm))-芳香族烯基化合物共聚物樹脂;氯乙烯樹脂;以及氯化氯乙烯樹脂。這些樹脂可以單獨使用,或者兩種以上組合使用。
樹脂組合物的制備方法
根據示例性實施方案的樹脂組合物可以通過(例如)熔融和捏合上述纖維素衍生物或至少包含上述纖維素衍生物以及其他組分(例如增塑劑)的混合物來制備。另外,根據本示例性實施方案的樹脂組合物通過(例如)將上述成分溶解在溶劑中來制備。
對于熔融和捏合,可以使用已知的裝置,其具體例子包括雙螺桿擠出機、henschel混合器、banbury混合器、單螺桿擠出機、多螺桿擠出機和共捏合機。
另外,捏合時的溫度可以根據使用的纖維素衍生物的熔融溫度來確定,但考慮到熱分解和流動性,該溫度優選在140℃至240℃的范圍內,該溫度更優選在160℃至200℃的范圍內。
樹脂成型體
根據示例性實施方案的樹脂成型體包含根據本示例性實施方案的樹脂組合物。即,根據示例性實施方案的樹脂成型體由與根據示例性實施方案的樹脂組合物相同的組分制成。
具體來說,通過使根據示例性實施方案的樹脂組合物成型可以得到根據示例性實施方案的樹脂成型體。作為成型方法,可以采用注射成型、擠出成型、吹塑成型、熱壓成型、壓延成型、涂布成型、澆鑄成型、浸漬成型、真空成型和傳遞成型等。
作為根據示例性實施方案的樹脂成型體的成型方法,由于形狀自由度高,所以優選注射成型。關于注射成型,將樹脂組合物加熱并熔融,澆鑄至模具中并使之固化,從而獲得成型體。該樹脂組合物可通過注射壓縮成型來成型。
注射成型的料筒溫度在(例如)140℃至240℃的范圍內,優選在150℃至220℃的范圍內,更優選在160℃至200℃的范圍內。注射成型的成型溫度在(例如)30℃至120℃的范圍內,優選在40℃至80℃的范圍內。例如,注射成型可以通過使用諸如由nisseiplasticindustrial有限公司制造的nex500、由nisseiplasticindustrial有限公司制造的nex150、由nisseiplasticindustrial有限公司制造的nex70000、以及toshibamachine有限公司制造的se50d等市售可得的設備來進行。
根據示例性實施方案的樹脂成型體可適用于電氣和電子設備、商用機器、家用器具、汽車內部材料、發動機罩、車身、容器等用途。更具體來說,該樹脂成型體可用于電氣和電子設備或家用器具的外殼;電氣和電子設備或家用器具的各種部件;汽車的內部部件;cd-rom或dvd等的儲存盒;餐具;飲料瓶;食品托盤;包裝材料;薄膜;以及片材。
實施例
以下,將參照實施例對本發明進行更詳細的描述,但本發明并不限于這些實施例。另外,除非另有說明,表述“份”指“重量份”。
實施例1
解聚
將50g的粉狀纖維素(由nipponpaperindustriesco.,ltd.制造,kcflockw-50gk)和750g的1mol/l的鹽酸(wakopurechemicalindustries,ltd.)添加到1l的茄型燒瓶中。通過攪拌器攪拌(旋轉速度為75rpm至100rpm)的同時將混合物加熱,直到回流,并進行流反應2小時。反應混合物冷卻后,對沉淀物進行吸濾,并用600ml蒸餾水進行洗滌。得到的沉淀物在40℃真空干燥,以便獲得47g的纖維素(白色固體)(產率94%)。
得到的纖維素的重均分子量mw為25,000。
使用二甲基乙酰胺/氯化鋰(重量比90/10)的溶液,利用gpc裝置(由tosohcorporation制造,hlc-8320gpc,色譜柱:tskgelα-m)測定該分子量。
乙酰化
將500g冰醋酸添加到100g的纖維素中。接著,將500g冰醋酸(99.5重量%)和8.1g的硫酸(96重量%)的液體混合物加入其中,并將該混合物用攪拌器在室溫下攪拌1小時。在該步驟中,硫酸與纖維素的比相當于7.8重量%。
用冷水(13℃)將反應混合物冷卻,攪拌該混合物的同時,滴加500g的乙酸酐(特級,97重量%)。將內部溫度控制在35℃以下。移除冷浴,并將混合物在室溫下(rt,24℃)攪拌4小時,得到半透明的白色液體。
攪拌后,將反應液用冷水(8℃)冷卻。然后,攪拌的同時,滴加175.5g乙酸和75g水的液體混合物30分鐘(將內部溫度控制在35℃以下)并且在室溫(24℃)下攪拌30分鐘。使反應液在反應液的5倍量的純凈水(10升,攪拌)中進行再沉淀,攪拌20分鐘后,減壓下過濾,得到白色沉淀物。
將這些白色沉淀分散在10l的純凈水中,攪拌15分鐘后,在減壓下進行過濾。該洗滌步驟重復四次。在最后的洗滌步驟的濾液中,ph為6并且電導率為26μs/cm。
通過冷凍干燥進行干燥,得到162g的白色粉末(三醋酸纖維素)(產率91%)。
脫乙酰基
將960g的乙酸添加到115.2g的所得白色粉末(三醋酸纖維素)中,并攪拌該混合物,直到白色粉末完全溶解。該溶液加熱至40℃,向該溶液中添加236.1g的2.54重量%鹽酸水溶液30分鐘。然后,在40℃下,將混合物攪拌15小時。在8升純凈水中使該反應溶液的上清液組分再沉淀(攪拌),并且攪拌20分鐘后在減壓下過濾,同時通過傾析法除去反應溶液中的沉淀物。以這種方式獲得白色沉淀物。
將這些白色沉淀物分散在8l的純凈水中,攪拌15分鐘后在減壓下進行過濾。該洗滌步驟重復三次。在最后的洗滌步驟的濾液中,ph為6,電導率為26μs/cm。
通過冷凍干燥進行干燥,得到93g的白色粉末(二醋酸纖維素粉末)(產率88%)。
1h-nmr測量(dmso-d6,40℃)的結果為二醋酸纖維素粉末的平均取代度為2.34,且重均分子量mw為40,000。
對于四氫呋喃(thf)的不溶部分的測定
將10.0g的thf添加到1.000g的二醋酸纖維素粉末中。將該溶液密封,并在25℃下攪拌24小時,然后靜置24小時。從溶液中分離上清液后,向剩余的沉淀部分添加10.0g的thf。將沉淀部分的溶液密封,并在25℃下攪拌24小時,然后靜置24小時。濾取尚未溶解于thf中的沉淀部分,并用10.0g的thf進行洗滌。然后,對沉淀部分進行真空干燥。
產率,即,thf不溶部分的量為20mg,并且重量比為2重量%。
另外,作為1h-nmr測量(dmso-d6,40℃)的結果,thf不溶部分的平均取代度為2.51。
對于二甲基亞砜(dmso)的不溶部分的測定
將10.0g的dmso添加到1.000g的二醋酸纖維素粉末中。將該溶液密封,并在25℃下攪拌24小時,然后靜置24小時。從溶液中分離上清液后,向剩余的沉淀部分添加10.0g的dmso。將沉淀部分的溶液密封,并在25℃下攪拌24小時,然后靜置24小時。濾取尚未溶解于dmso中的沉淀部分,并用10.0g的二氯甲烷進行洗滌。然后,對沉淀部分進行真空干燥。
產率,即,dmso不溶部分的量為7mg,并且重量比為0.7重量%。
另外,作為1h-nmr測量(dmso-d6,40℃)的結果,dmso不溶部分的平均取代度為1.20。
ca穩定劑
將70g的二醋酸纖維素粉末分散于700g的純凈水,向其中添加0.2g的乙酸鈣一水合物,并將該混合物在室溫(24℃)下攪拌18小時,得到白色沉淀物。對該白色沉淀物進行減壓過濾,并通過冷凍干燥進行干燥,以獲得白色粉末。
捏合
在對二醋酸纖維素粉末進行鈣穩定化處理后,通過雙軸捏合裝置(由toshibamachineco.,ltd.制造,tex41ss),在230℃下對其進行捏合,以得到樹脂組合物料粒。
注射成型
關于獲得的料粒,使用注射成型機(由nisseiplasticindustrialco.,ltd.制造,pnx40)在230℃的料筒溫度和40℃的成型溫度下,制備iso多用途啞鈴試樣(試驗部分:長度100mm、寬度10mm、厚度4mm)。
評價試驗
彎曲彈性模量
根據iso-178的方法,使用通用測試裝置(由shimadzucorporation制造的autographag-xplus)測定獲得的iso多用途啞鈴試樣的彎曲彈性模量。另外,使用相同的裝置測定拉伸強度。
實施例2至5
按照與實施例1相同的方式制備二醋酸纖維素,不同之處在于,如表1所示改變“解聚”、“乙酰化”和“脫乙酰基”的反應條件,并進行評價。結果在表1中示出。
比較例1至5
按照與實施例1相同的方式制備二醋酸纖維素,不同之處在于,如表1所示改變“解聚”、“乙酰化”和“脫乙酰基”的反應條件,并進行評價。結果在表1中示出。
可以看出,與其中纖維素衍生物的thf不溶部分的量不在本發明范圍內的比較例1至5相比,實施例1至5具有優異的彎曲彈性模量和拉伸強度,實施例1至5包含重均分子量為10,000至75,000,酰基的平均取代度為1.8至2.5的纖維素衍生物,并且當在25℃下溶解于四氫呋喃(thf)時,該纖維素衍生物的不溶部分的量(thf不溶部分)滿足本發明的范圍。
提供本發明示例性實施方案的上述描述是為了舉例說明的目的。并非旨在窮舉或將本發明限制為所公開的具體形式。顯然,對于本領域技術人員,許多變型和改變將是顯而易見的。選擇并描述這些實施方案是為了最佳地闡釋本發明的原理及其實際應用,從而使得本領域的其他技術人員理解本發明的各種實施方案,并且所述多種變型適用于所預期的特定用途。本發明的范圍旨在由所附權利要求及其等同方式限定。