特許 7121576 繊維状セルロース複合樹脂及び繊維状セルロース含有物の製造方法、並びに繊維状セルロース複合樹脂

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-09

(45)【発行日】2022-08-18

(54)【発明の名称】繊維状セルロース複合樹脂及び繊維状セルロース含有物の製造方法、並びに繊維状セルロース複合樹脂

(51)【国際特許分類】

   C08J 3/20 20060101AFI20220810BHJP

   D21H 11/18 20060101ALI20220810BHJP

   C08B 15/08 20060101ALI20220810BHJP

   C08L 101/00 20060101ALI20220810BHJP

   C08K 7/02 20060101ALI20220810BHJP

【ＦＩ】

C08J3/20 Z CEP

C08J3/20 CES

D21H11/18

C08B15/08

C08L101/00

C08K7/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018144011

(22)【出願日】2018-07-31

(65)【公開番号】P2020019874

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-07-21

(73)【特許権者】

【識別番号】390029148

【氏名又は名称】大王製紙株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002321

【氏名又は名称】弁理士法人永井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松末 一紘

【審査官】千葉 直紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０９４５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６８９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２０８０１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０８Ｊ３／００－３／２８；９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料繊維を平均繊維幅が０．１μｍ以上、かつフィブリル化率３０％以下に留まる範囲で解繊してマイクロ繊維セルロースの分散液を得、当該マイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥し、樹脂を添加して混練する方法であり、
前記マイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥するに先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が３０質量％以上、９３質量％以下になるまで脱水する、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。

【請求項2】

前記解繊は、前記マイクロ繊維セルロースの保水度が３８０％以下となるように行う、
請求項１に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。

【請求項3】

前記解繊は、前記マイクロ繊維セルロースのフィブリル化率が１％以上となるように行う、
請求項１又は請求項２に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。

【請求項4】

前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水に先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液に樹脂粉末を添加し、
かつ、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水及び乾燥後に添加する樹脂として樹脂ペレットを使用する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。

【請求項5】

前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水に先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液に樹脂粉末を添加し、
かつ、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水及び乾燥後に樹脂を添加しない、
請求項１～３のいずれか１項に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。

【請求項6】

原料繊維を平均繊維幅が０．１μｍ以上、かつフィブリル化率３０％以下に留まる範囲で解繊してマイクロ繊維セルロースの分散液を得、当該マイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥する方法であり、
前記マイクロ繊維セルロースの分散液の乾燥に先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が３０質量％以上、９３質量％以下になるまで脱水する、
ことを特徴とする繊維状セルロース含有物の製造方法。

【請求項7】

平均繊維幅が０．１μｍ以上、かつフィブリル化率３０％以下のマイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥した繊維状セルロース含有物と、樹脂とを含み、
前記繊維状セルロース含有物は、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の乾燥に先立って当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が３０質量％以上、９３質量％以下になるまで脱水されたものである、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、繊維状セルロース複合樹脂及び繊維状セルロース含有物の製造方法、並びに繊維状セルロース複合樹脂に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、物質をナノメートルレベルまで微細化し、物質が持つ従来の性状とは異なる新たな物性を得ることを目的としたナノテクノロジーが注目されている。化学処理、粉砕処理等によりセルロース系原料であるパルプから製造されるセルロースナノファイバーは、強度、弾性、熱安定性等に優れているため、ろ過材、ろ過助剤、イオン交換体の基材、クロマトグラフィー分析機器の充填材、樹脂及びゴムの配合用充填剤等としての工業上の用途や、口紅、粉末化粧料、乳化化粧料等の化粧品の配合剤の用途に用いられることが期待されている。また、セルロースナノファイバーは、水系分散性に優れているため、食品、化粧品、塗料等の粘度の保持剤、食品原料生地の強化剤、水分保持剤、食品安定化剤、低カロリー添加物、乳化安定化助剤などの多くの用途における利用も期待されている。

【0003】

そして、現在では、植物繊維を微細化して得られるセルロースナノファイバーを樹脂の補強材として使用する提案がされている。しかしながら、樹脂補強材としてセルロースナノファイバーを使用する場合、当該セルロースナノファイバーは、多糖類の水酸基に由来する分子間水素結合により不可逆的に凝集する。また、樹脂との混練を無理に進めようとしても繊維が千切れてしまい、樹脂中で十分な三次元ネットワークを構築できない。したがって、セルロースナノファイバーを補強材として使用しても、樹脂中における当該セルロースナノファイバーの分散性が悪く、十分な三次元ネットワークを構築できない。結果、樹脂の補強効果が十分に発揮されないとの問題がある。

【0004】

そこで、特許文献１は、セルロース繊維の分散性を高めるために、有機溶媒の使用、特に水溶性溶媒の使用を提案している。しかしながら、同文献自体が指摘しているように、有機溶媒を使用すると、生産性の低下や、製造コストの増加等の問題が生じる。また、有機溶媒を使用すると、セルロース繊維を添加した複合樹脂について強度が不十分になるおそれがある。さらに、同文献は、セルロース繊維をホモジナイズ処理して平均繊維径が１０～８００ｎｍの微細繊維にし、ホモジナイズ処理した処理液を脱液、乾燥するとしているが、本発明者等が認識するところによると、当該処理液の脱液（脱水）は極めて困難である。脱水が困難であると、その後に行う乾燥に要するエネルギーが大きなものとなる。

【0005】

そこで、特許文献２の提案が参考になる。同提案は、微細繊維状セルロースの輸送コスト及び保管コストを削減することを目的するものである。同文献は、この目的のために平均繊維幅が２ｎｍ～２００ｎｍの微細繊維状セルロース分散液を濃縮し、この際、所定の凝集剤を添加して微細繊維状セルロースを凝集させ、その後に、微細繊維状セルロース分散液を濾過して水を除去するとするものである。同文献の方法は、有機溶媒の使用を必須のものとするものではなく、この点で上記特許文献１の問題を有しない。しかしながら、本発明者等は、同文献の提案によっても脱水は困難であると考えている。また、仮に脱水を行うことができたとしても、凝集剤を添加すると複合樹脂の補強効果が損なわれる可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許５８６３２６９号公報

【文献】特許６０４８５０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする主たる課題は、強度の高い繊維状セルロース複合樹脂を製造する方法、複合樹脂を補強する効果の高い繊維状セルロース含有物を製造する方法、及び強度の高い繊維状セルロース複合樹脂を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者らは、上記課題を解決するためにセルロースナノファイバー（セルロース微細繊維）に様々な処理を施し、またセルロースナノファイバーと樹脂との混練方法を模索した。つまり、セルロースナノファイバーの使用を前提として様々な研究を行った。しかしながら、セルロースナノファイバーを樹脂に複合する際、例えば、疎水変性を施し、あるいは相溶化剤を使用してもセルロースナノファイバーの樹脂中での分散性が十分なものにはならず、樹脂中で十分な三次元ネットワークが形成されないため、十分な補強効果が得られなかった。しかるに、その研究の過程において、繊維状セルロースがセルロースナノファイバーであるよりもマイクロ繊維セルロースである方が、樹脂中での分散性が良好であり、樹脂中において十分な三次元ネットワークを形成させることが可能であり、良好な補強効果が得られることを見出した。しかも、所定の繊維幅を有するマイクロ繊維セルロースは、セルロースナノファイバーと異なり、脱水可能であることも見出した。このような経緯のもと、上記課題を解決するために想到するに至ったのが、下記に示す手段である。

【0009】

（請求項１に記載の手段）
原料繊維を平均繊維幅が０．１μｍ以上、かつフィブリル化率３０％以下に留まる範囲で解繊してマイクロ繊維セルロースの分散液を得、当該マイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥し、樹脂を添加して混練する方法であり、
前記マイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥するに先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が３０質量％以上、９３質量％以下になるまで脱水する、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。

【0010】

（請求項２に記載の手段）
前記解繊は、前記マイクロ繊維セルロースの保水度が３８０％以下となるように行う、
請求項１に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。

【0011】

（請求項３に記載の手段）
前記解繊は、前記マイクロ繊維セルロースのフィブリル化率が１％以上となるように行う、
請求項１又は請求項２に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。

【0012】

（請求項４に記載の手段）
前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水に先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液に樹脂粉末を添加し、
かつ、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水及び乾燥後に添加する樹脂として樹脂ペレットを使用する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。

【0013】

（請求項５に記載の手段）
前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水に先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液に樹脂粉末を添加し、
かつ、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の脱水及び乾燥後に樹脂を添加しない、
請求項１～３のいずれか１項に記載の繊維状セルロース複合樹脂の製造方法。

【0014】

（請求項６に記載の手段）
原料繊維を平均繊維幅が０．１μｍ以上、かつフィブリル化率３０％以下に留まる範囲で解繊してマイクロ繊維セルロースの分散液を得、当該マイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥する方法であり、
前記マイクロ繊維セルロースの分散液の乾燥に先立って、当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が３０質量％以上、９３質量％以下になるまで脱水する、
ことを特徴とする繊維状セルロース含有物の製造方法。

【0015】

（請求項７に記載の手段）
平均繊維幅が０．１μｍ以上、かつフィブリル化率３０％以下のマイクロ繊維セルロースの分散液を乾燥した繊維状セルロース含有物と、樹脂とを含み、
前記繊維状セルロース含有物は、前記マイクロ繊維セルロースの分散液の乾燥に先立って当該マイクロ繊維セルロースの分散液の含水率が３０質量％以上、９３質量％以下になるまで脱水されたものである、
ことを特徴とする繊維状セルロース複合樹脂。

【発明の効果】

【0016】

本発明によると、強度の高い繊維状セルロース複合樹脂を製造する方法、複合樹脂を補強する効果の高い繊維状セルロース含有物を製造する方法、及び強度の高い繊維状セルロース複合樹脂となる。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、発明を実施するための形態を説明する。なお、本実施の形態は本発明の一例であり、本発明の範囲は本実施の形態の範囲に限定されない。

【0018】

本形態の方法は、次の２つの方法に主に分類することができる。一方は、まず、原料繊維を平均繊維幅が０．１μｍ以上に留まる範囲で解繊してマイクロ繊維セルロースの分散液（なお、この分散液の含水率は特に限定されず、後述するように含水率が低い場合も含む。）とし、このマイクロ繊維セルロースの分散液を脱水及び乾燥した後、樹脂を添加し、混練して繊維状セルロース複合樹脂にするというものである。もう一方は、原料繊維を平均繊維幅が０．１μｍ以上に留まる範囲で解繊してマイクロ繊維セルロースの分散液とし、このマイクロ繊維セルロースの分散液に樹脂粉末を添加し、脱水及び乾燥した後、そのまま混練して、又は必要により更に樹脂ペレットを添加し、混練して繊維状セルロース複合樹脂にするというものである。以下の記載は、特にこれに反する記載がない限り、いずれの方法にも妥当するもので、いずれか一方の方法のみに妥当する場合は、その都度その旨を記載する。

【0019】

（原料繊維）
平均繊維幅０．１μｍ以上のマイクロ繊維セルロースは、原料繊維を微細化（解繊）処理して得ることができる。原料となる繊維としては、植物由来の繊維、動物由来の繊維、微生物由来の繊維等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。ただし、植物繊維であるパルプ繊維（原料パルプ）を使用するのが好ましい。原料繊維がパルプ繊維であると、安価であり、また、サーマルリサイクルの問題を避けることができる。

【0020】

植物由来の繊維としては、広葉樹、針葉樹等を原料とする木材パルプ、ワラ・バガス等を原料とする非木材パルプ、回収古紙、損紙等を原料とする古紙パルプ（ＤＩＰ）等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。

【0021】

木材パルプとしては、広葉樹クラフトパルプ（ＬＫＰ）、針葉樹クラフトパルプ（ＮＫＰ）等の化学パルプ、機械パルプ（ＴＭＰ）、古紙パルプ（ＤＩＰ）の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。これらのパルプは、製紙用途で使用されているパルプであり、これらのパルプを使用することで、既存設備を有効に活用することができる。

【0022】

なお、広葉樹クラフトパルプ（ＬＫＰ）は、広葉樹晒クラフトパルプであっても、広葉樹未晒クラフトパルプであっても、広葉樹半晒クラフトパルプであってもよい。同様に、針葉樹クラフトパルプ（ＮＫＰ）は、針葉樹晒クラフトパルプであっても、針葉樹未晒クラフトパルプであっても、針葉樹半晒クラフトパルプであってもよい。

【0023】

また、古紙パルプ（ＤＩＰ）は、雑誌古紙パルプ（ＭＤＩＰ）であっても、新聞古紙パルプ（ＮＤＩＰ）であっても、段古紙パルプ（ＷＰ）であっても、その他の古紙パルプであってもよい。

【0024】

さらに、機械パルプとしては、例えば、ストーングランドパルプ（ＳＧＰ）、加圧ストーングランドパルプ（ＰＧＷ）、リファイナーグランドパルプ（ＲＧＰ）、ケミグランドパルプ（ＣＧＰ）、サーモグランドパルプ（ＴＧＰ）、グランドパルプ（ＧＰ）、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、リファイナーメカニカルパルプ（ＲＭＰ）、漂白サーモメカニカルパルプ（ＢＴＭＰ）等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。

【0025】

（前処理）
原料繊維は、解繊処理に先立って化学的手法によって前処理するのが好ましい。微細化（解繊）処理に先立って化学的手法によって前処理することで、微細化処理の回数を大幅に減らすことができ、微細化処理のエネルギーを大幅に削減することができる。

【0026】

化学的手法による前処理としては、酸による多糖の加水分解（酸処理）、酵素による多糖の加水分解（酵素処理）、アルカリによる多糖の膨潤（アルカリ処理）、酸化剤による多糖の酸化（酸化処理）、還元剤による多糖の還元（還元処理）等を例示することができる。

【0027】

微細化処理に先立ってアルカリ処理を施すことで、パルプが持つヘミセルロースやセルロースの水酸基が一部解離し、分子がアニオン化することで分子内及び分子間水素結合が弱まり、微細化処理におけるパルプ繊維の分散を促進する効果がある。

【0028】

アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、アンモニア水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム等の有機アルカリ等を使用することができるが、製造コストの観点から、水酸化ナトリウムを使用するのが好ましい。

【0029】

微細化処理に先立って酵素処理や酸処理、酸化処理を施すと、マイクロ繊維セルロースの保水度を低く、結晶化度を高くすることができ、かつ均質性を高くすることができる。この点、マイクロ繊維セルロースの保水度が低いほど樹脂への分散性が向上し、マイクロ繊維セルロースの均質性が高いほど繊維状セルロース複合樹脂の破壊要因となる欠点が減少すると考えられ、結果として樹脂の延性を保持することができる強度の大きい繊維状セルロース複合樹脂が得られると考えられる。また、酵素処理や酸処理、酸化処理により、パルプが持つヘミセルロースやセルロースの非晶領域が分解され、結果、微細化処理のエネルギーを低減することができ、繊維の均質性や分散性を向上することができる。しかも、分子鎖が整列していて剛直かつ保水度の低いと考えられるセルロース結晶領域の繊維全体に占める割合が上がると、分散性が向上し、アスペクト比は減少すると見られるものの、延性を保持しつつ機械的強度の大きい繊維状セルロース複合樹脂が得られる。

【0030】

以上の各種処理の中では、酵素処理を行うのが好ましく、加えて酸処理、アルカリ処理、及び酸化処理の中から選択された１又は２以上の処理を行うのがより好ましい。以下、アルカリ処理について、詳しく説明する。

【0031】

アルカリ処理の方法としては、例えば、アルカリ溶液中に、原料繊維を浸漬する方法が存在する。

【0032】

アルカリ溶液に含まれるアルカリ化合物は、無機アルカリ化合物であっても、有機アルカリ化合物であってもよい。無機アルカリ化合物としては、例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のリンオキソ酸塩等を例示することができる。また、アルカリ金属の水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を例示することができる。アルカリ土類金属の水酸化物としては、例えば、水酸化カルシウム等を例示することができる。アルカリ金属の炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等を例示することができる。アルカリ土類金属の炭酸塩としては、例えば、炭酸カルシウム等を例示することができる。アルカリ金属のリンオキソ酸塩としては、例えば、リン酸リチウム、リン酸カリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム等を例示することができる。アルカリ土類金属のリン酸塩としては、例えば、リン酸カルシウム、リン酸水素カルシウム等を例示することができる。

【0033】

有機アルカリ化合物としては、例えば、アンモニア、脂肪族アミン、芳香族アミン、脂肪族アンモニウム、芳香族アンモニウム、複素環式化合物及びその水酸化物、炭酸塩、リン酸塩等を例示することができる。具体的には、例えば、例えば、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキサン、シクロヘキシルアミン、アニリン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ピリジン、Ｎ，Ｎ－ジメチル－４－アミノピリジン、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、リン酸水素２アンモニウム等を例示することができる。

【0034】

アルカリ溶液の溶媒は、水及び有機溶媒のいずれであってもよいが、極性溶媒（水、アルコール等の極性有機溶媒）であるのが好ましく、少なくとも水を含む水系溶媒であるのがより好ましい。

【0035】

アルカリ溶液の２５℃におけるｐＨは、好ましくは９以上、より好ましくは１０以上、特に好ましくは１１～１４である。ｐＨが９以上であると、マイクロ繊維セルロースの収率が高くなる。ただし、ｐＨが１４を超えると、アルカリ溶液の取り扱い性が低下する。

【0036】

（微細化（解繊）処理）
原料繊維の微細化処理は、例えば、ビーター、高圧ホモジナイザー、高圧均質化装置等のホモジナイザー、グラインダー、摩砕機等の石臼式摩擦機、単軸混練機、多軸混練機、ニーダーリファイナー等を使用して原料繊維を叩解することによって行うことができる。ただし、微細化処理は、リファイナーを使用して行うのが好ましい。

【0037】

リファイナーとは、パルプ繊維を叩解する装置であり、公知のものを用いることができる。リファイナーとしては、パルプ繊維に対して効率的に剪断力を付与し、予備的な解繊を進めることができること等の点から、コニカルタイプやダブルディスクリファイナー（ＤＤＲ）及びシングルディスクリファイナー（ＳＤＲ）が好ましい。微細化処理において、リファイナーを用いると、処理後の分離や洗浄が不要となる点からも好ましい。

【0038】

なお、マイクロ繊維セルロース（ＭＦＣ）は、セルロースやセルロースの誘導体からなる繊維である。通常のマイクロ繊維セルロースは、強い水和性を有し、水系媒体中において水和することで安定的に分散状態（分散液の状態）を維持する。マイクロ繊維セルロースを構成する単繊維は、水系媒体中において複数条が集合して繊維状をなす場合もある。

【0039】

微細化（解繊）処理は、マイクロ繊維セルロースの数平均繊維径（繊維幅。単繊維の直径平均。）が０．１μｍ以上に留まる範囲で行うのが好ましく、０．１～１５μｍとなる範囲で行うのがより好ましく、０．２～１０μｍとなる範囲で行うのが特に好ましい。数平均繊維径（幅）が０．１μｍ以上となる範囲で行うことで、セルロースナノファイバーと異なって脱水が可能になり、また、繊維状セルロース複合樹脂の強度が向上する。

【0040】

具体的には、平均繊維径を０．１μｍ未満にすると、セルロースナノファイバーであるのと変わらなくなり、補強効果（特に曲げ弾性率）が十分に得られなくなる。また、微細化処理の時間が長くなり、大きなエネルギーが必要になり、製造コストの増加につながる。しかも、たとえ樹脂粉末を添加する等したとしても脱水が困難になり、乾燥に大きなエネルギーが必要になる。乾燥に大きなエネルギーをかけるとマイクロ繊維セルロースが熱劣化し、補強効果の低下につながる。他方、平均繊維径が１５μｍを超えると、繊維の分散性に劣る傾向がある。繊維の分散性が不十分であると、補強効果に劣る。

【0041】

マイクロ繊維セルロースの平均繊維長（単繊維の長さ）は、０．０２～３．０ｍｍとするのが好ましく、０．０５～２．０ｍｍとするのがより好ましく、０．１～１．５ｍｍとするのが特に好ましい。平均繊維長が０．０２ｍｍ未満であると、繊維同士の三次元ネットワークを形成できず、補強効果が著しく低下する恐れがある。なお、平均繊維長は、例えば、原料繊維の選定、前処理、解繊処理で任意に調整可能である。

【0042】

本形態において、マイクロ繊維セルロースの繊維長は、０．２ｍｍ以下の割合が１２％以上であるのが好ましく、１６％以上であるのがより好ましく、２６％以上であるのが特に好ましい。当該割合が１２％未満であると、十分な補強効果を得られない可能性がある。他方、マイクロ繊維セルロースの繊維長は、０．２ｍｍ以下の割合の上限がなく、全て０．２ｍｍ以下であっても良い。

【0043】

マイクロ繊維セルロースのアスペクト比は、樹脂の延性をある程度保持しつつ機械的強度を向上させるために、２～３００００であるのが好ましく、１０～１００００であるのがより好ましい。

【0044】

なお、アスペクト比とは、平均繊維長を平均繊維幅で除した値である。アスペクト比が大きいほど樹脂中において引っかかりが生じる箇所が多くなるため補強効果が上がるが、他方で引っかかりが多い分樹脂の延性が低下するものと考えられる。なお、無機フィラーを樹脂に混練した場合、無機フィラーのアスペクト比が大きいほど引張強度が向上するが、引張破断伸びは著しく低下するとの知見が存在する。

【0045】

本形態において、マイクロ繊維セルロースのフィブリル化率は、１．０％以上であるのが好ましく、１．５％以上であるのがより好ましく、２．０％以上であるのが特に好ましい。また、フィブリル化率は、３０．０％以下であるのが好ましく、２０．０％以下であるのがより好ましく、１５．０％以下であるのが特に好ましい。フィブリル化率が３０.０％を超えると、水との接触面積が広くなり過ぎるため、たとえ平均繊維幅が０．１μｍ以上に留まる範囲で解繊できたとしても、脱水が困難になる可能性がある。他方、フィブリル化率が１．０％未満では、フィブリル同士の水素結合が少なく、強硬な三次元ネットワークが不足となる。この点、本発明者等は、マイクロ繊維セルロースのフィブリル化率を１．０％以上にすると、マイクロ繊維セルロースのフィブリル同士が水素結合し、より強硬な三次元ネットワークを構築することを各種試験の過程で見出した。また、フィブリル化率を高くすると樹脂と接する界面が増加するが、後述するように多塩基酸を相溶化剤として又は疎水変性に利用すると、更に補強効果が向上することも見出した。

【0046】

マイクロ繊維セルロースの結晶化度は、５０％以上であるのが好ましく、５５％以上であるのがより好ましく、６０％以上であるのが特に好ましい。結晶化度が５０％未満であると、樹脂との相溶性は向上するものの、繊維自体の強度が低下するため、繊維状セルロース複合樹脂の補強効果に劣る傾向がある。

【0047】

他方、マイクロ繊維セルロースの結晶化度は、９０％以下であるのが好ましく、８８％以下であるのがより好ましく、８６％以下であるのが特に好ましい。結晶化度が９０％を超えると、分子内の強固な水素結合割合が多くなり繊維自体は剛直となるが、樹脂との相溶性が低下し、樹脂の補強効果に劣る傾向がある。また、マイクロ繊維セルロースの化学修飾がし難くなる傾向もある。なお、結晶化度は、例えば、原料繊維の選定、前処理、微細化処理で任意に調整可能である。

【0048】

また、マイクロ繊維セルロースのパルプ粘度は、２ｃｐｓ以上であるのが好ましく、４ｃｐｓ以上であるのがより好ましい。パルプ粘度が２ｃｐｓ未満であると、たとえマイクロ繊維セルロースに樹脂粉末を添加する等しても、マイクロ繊維セルロースの凝集を十分に抑制することができず、樹脂の補強効果が劣る傾向にある。

【0049】

マイクロ繊維セルロースのフリーネスは、５００ｃｃ以下が好ましく、３００ｃｃ以下がより好ましく、１００ｃｃ以下が特に好ましい。５００ｃｃを超えるとマイクロ繊維セルロースの繊維幅が１５μｍを超え、補強効果が十分でない。

【0050】

マイクロ繊維セルロースの保水度は、３８０％以下であるのが好ましく、３６０％以下であるのがより好ましく、３３０％以下であるのが特に好ましい。保水度が３８０％を超えると、脱水性や乾燥性、樹脂との相溶性が劣る傾向にある。また、繊維状セルロース複合樹脂の補強効果を優れたものとするためには、マイクロ繊維セルロースを十分に乾燥し、樹脂への均一な分散を行う必要がある。しかるに、マイクロ繊維セルロースには凝集性があるため、乾燥処理や樹脂との混練処理等に際して凝集する可能性がある。そこで、マイクロ繊維セルロースの保水度を３８０％以下とし、脱水性や乾燥性、樹脂との相溶性を優れたものとすることで、乾燥処理や樹脂との混練処理等に際する凝集を抑制することができ、繊維状セルロース複合樹脂の補強効果を十分なものとすることができる。なお、保水度は、パルプ繊維、前処理工程、微細化処理工程で任意に調整可能である。

【0051】

（分散液）
微細化処理して得られたマイクロ繊維セルロースは分散液の状態であるが、必要により更に水系媒体を混ぜる等して低濃度の分散液とする。水系媒体は、全量が水であるのが特に好ましいが、一部が水と相溶性を有する他の液体である水系媒体も好ましく使用することができる。他の液体としては、炭素数３以下の低級アルコール類等を使用することができる。

【0052】

分散液は濃縮を行って固形分濃度を調節するのが好ましい。この分散液の固形分濃度は、１．０質量％以上であるのが好ましく、１．５質量％以上であるのがより好ましく、２．０質量％以上であるのが特に好ましい。また、分散液の固形分濃度は、７０質量％以下であるのが好ましく、６０質量％以下であるのがより好ましく、５０質量％以下であるのが特に好ましい。固形分濃度が７０質量％を上回ると、多塩基酸や樹脂粉末、その他の組成物との混合が困難となるおそれがある。なお、微細化処理して得られたマイクロ繊維セルロースの分散液の固形分濃度は、通常、１．０～３．０質量％である。

【0053】

本形態のマイクロ繊維セルロースは、ヒドロキシル基の一部又は全部が多塩基酸によって変性されていると好ましいものとなるが、この点については、後述する。

【0054】

（樹脂粉末の添加）
マイクロ繊維セルロースの分散液には、必要により樹脂粉末を添加して混合する。樹脂粉末を混合すると、次いで脱水・乾燥したマイクロ繊維セルロース同士の水素結合が阻害され、分散性と共に再分散性が向上する。また、樹脂粉末を混合すると、脱水性が向上し、乾燥エネルギーを大きく減らすことができる。したがって、樹脂粉末の添加は、前述した分散液の濃縮に際して行うこともできる。

【0055】

添加する樹脂としては、例えば、ペレット状の樹脂、シート状の樹脂等もあり得るが、本形態においては粉末状の樹脂（樹脂粉末）を使用する。なお、使用可能な樹脂の種類（成分）等については、後述する樹脂ペレットの場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。

【0056】

樹脂粉末の平均粒子径は、１～１５００μｍであるのが好ましく、１０～１２００μｍであるのがより好ましく、１００～１０００μｍであるのが特に好ましい。平均粒子径が１５００μｍを超えると、マイクロ繊維セルロースの分散性・再分散性や脱水性が十分に向上しないおそれがある。他方、平均粒子径が１μｍ未満であると、微細なためにマイクロ繊維セルロース同士の水素結合を阻害することができないおそれがあり、分散性・再分散性が十分に向上しないおそれがある。また、平均粒子径が１μｍ未満であると、脱水性も向上しないおそれがある。

【0057】

マイクロ繊維セルロースの脱水性をより重視する場合、上記樹脂粉末の含有量（添加量）は、マイクロ繊維セルロース１００質量部に対して、１０～１０００００質量部であるのが好ましく、１００～１００００質量部であるのがより好ましい。樹脂粉末の含有量が１０質量部を下回ると、脱水性が十分に向上しない可能性がある。他方、樹脂粉末の含有量が１０００００質量部を上回ると、マイクロ繊維セルロース含有による効果が得られなくなる可能性がある。

【0058】

（脱水・乾燥）
マイクロ繊維セルロース又はマイクロ繊維セルロース及び樹脂粉末を含む繊維状セルロース含有物は、乾燥及び脱水して繊維状セルロース乾燥体にする。なお、この繊維状セルロース乾燥体は、マイクロ繊維セルロースを含んでいるので繊維状セルロース含有物ということもできる。

【0059】

本形態の繊維状セルロース含有物は、セルロースナノファイバーではなく前述した平均繊維幅０．１μｍ以上のマイクロ繊維セルロースを含んでいるので脱水することができる。この脱水性は、前述したようにマイクロ繊維セルロースの保水度が３８０％以下、あるいはフィブリル化率が１％以上であるとより向上する。さらに、本形態の繊維状セルロース乾燥体（含有物）が樹脂粉末を含んでいる場合は、脱水をより容易に行うことができる。乾燥に先立って脱水しておけば、乾燥に要するエネルギーが極めて小さなものとなり、マイクロ繊維セルロースの熱劣化が避けられるため、樹脂の補強効果が向上する。また、樹脂粉末を含んでいると、マイクロ繊維セルロースの分散液を繊維状セルロース乾燥体としても再分散しなくなる可能性が低い

【0060】

繊維状セルロース含有物の脱水は、例えば、遠心分離脱水、真空脱水、加圧脱水等によることができる。

【0061】

繊維状セルロース含有物は、樹脂粉末を含んでいる場合及び含んでいない場合のいずれにおいても、含水率が９３質量％以下になるまで、好ましくは８５～３０質量％になるまで、より好ましくは７５～４０質量％になるまで脱水する。含水率が９３質量％以下になるまで脱水することで、体積及び重量を減らすことができるため次工程への運送エネルギーを削減できる。また、次いで行う乾燥に要するエネルギーを減らすことができる。ただし、含水率が３０質量％未満にまで脱水するのは脱水工程におけるエネルギー効率に劣り、このような含水率の実現は乾燥によるのが好ましい。

【0062】

本形態のマイクロ繊維セルロースは、多塩基酸等によって変性される場合と、変性されない場合とがある。多塩基酸によって変性する場合、繊維状セルロース乾燥体（脱水・乾燥した繊維状セルロース含有物）の水分率（含水率）は、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましく、１質量％以下が更に好ましく、０質量％が特に好ましい。水分率が５％を超えると、多塩基酸によってマイクロ繊維セルロースが変性しない可能性がある。また、水分率が高いと、例えば、次いで繊維状セルロース乾燥体を混練する場合において、当該混練のエネルギーが膨大になり、経済的でない。また、混練エネルギーの増加は、マイクロ繊維セルロースの熱劣化、繊維切断等につながる可能性もある。

【0063】

他方、多塩基酸によって変性しない場合、脱水・乾燥したマイクロ繊維セルロース乾燥体の水分率は、５質量％超が好ましく、８質量％以上がより好ましく、１０質量％以上が特に好ましい。含水率が５質量％超であると、次いで繊維状セルロース乾燥体を混練する場合において、多塩基酸によるセルロース繊維の変性が進まなくなり、得られる繊維状セルロース複合樹脂は多塩基酸を含有するようになる。

【0064】

脱水処理には、例えば、ベルトプレス、スクリュープレス、フィルタープレス、ツインロール、ツインワイヤーフォーマ、バルブレスフィルタ、センターディスクフィルタ、膜処理、遠心分離機等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。

【0065】

乾燥処理には、例えば、ロータリーキルン乾燥、円板式乾燥、気流式乾燥、媒体流動乾燥、スプレー乾燥、ドラム乾燥、スクリューコンベア乾燥、パドル式乾燥、一軸混練乾燥、多軸混練乾燥、真空乾燥、攪拌乾燥等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。

【0066】

脱水・乾燥処理の後には、例えば、粉砕処理を行ってもよい。粉砕処理には、例えば、ビーズミル、ニーダー、ディスパー、ツイストミル、カットミル、ハンマーミル等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。

【0067】

脱水・乾燥した繊維状セルロース乾燥体の形状は、粉末状、ペレット状、シート状等とすることができる。

【0068】

粉末状とする場合、繊維状セルロース乾燥体の平均粒子径は、１～１００００μｍが好ましく、１０～５０００μｍがより好ましく、１００～１０００μｍが特に好ましい。平均粒子径が１００００μｍを超えると、粒子径が大きいため混練装置内に入らないおそれがある。他方、平均粒子径を１μｍ未満とするには粉砕処理にエネルギーを要するため、経済的でない。

【0069】

繊維状セルロース乾燥体を粉末状とする場合、嵩比重は、０．０１～１．５が好ましく、０．０４～１がより好ましく、０．１～０．５が特に好ましい。嵩比重が１．５を超えるということはセルロースの比重が１．５を超えるということであるため、物理的に実現困難である。他方、嵩比重を０．０１未満とするのは、移送コストの面から不利である。

【0070】

（混練）
繊維状セルロース乾燥体は、樹脂を添加して混練し、もって繊維状セルロース複合樹脂とする。この際に添加する樹脂は、ペレット状（樹脂ペレット）であるのが好ましい。また、本工程に先立って、マイクロ繊維セルロースに樹脂粉末を添加している場合は、ここでの樹脂の添加を省略することもできる。本工程において樹脂を添加しない場合は、単に熱を加える等して混練することで、繊維状セルロース乾燥体が繊維状セルロース複合樹脂になる。なお、前述したように本形態における樹脂の種類（成分）等に関する説明は、前述した樹脂粉末にも該当する。

【0071】

混練に際しては、又は混練に先立って、多塩基酸を添加し、セルロース繊維を多塩基酸によって変性し、又は混練物が多塩基酸を含有するようにすると好適である。なお、混練する際における繊維状セルロース乾燥体の水分率（含水率）が重要なのは、前述したとおりである。また、混練に際しては、通常、脱気することになる。

【0072】

樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれをも使用することができる。

【0073】

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン、脂肪族ポリエステル樹脂や芳香族ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂、ポリスチレン、メタアクリレート、アクリレート等のポリアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。

【0074】

ただし、ポリオレフィン及びポリエステル樹脂の少なくともいずれか一方を使用するのが好ましい。また、ポリオレフィンとしては、ポリプロピレンを使用するのが好ましい。ポリプロピレンとしては、ホモポリマー、ランダムポリマー、ブロックポリマーの中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。さらに、ポリエステル樹脂としては、脂肪族ポリエステル樹脂として、例えば、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等を例示することができ、芳香族ポリエステル樹脂として、例えば、ポリエチレンテレフタレート等を例示することができるが、生分解性を有するポリエステル樹脂（単に「生分解性樹脂」ともいう。）を使用するのが好ましい。

【0075】

生分解性樹脂としては、例えば、ヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステル、カプロラクトン系脂肪族ポリエステル、二塩基酸ポリエステル等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。

【0076】

ヒドロキシカルボン酸系脂肪族ポリエステルとしては、例えば、乳酸、リンゴ酸、グルコース酸、３－ヒドロキシ酪酸等のヒドロキシカルボン酸の単独重合体や、これらのヒドロキシカルボン酸のうちの少なくとも１種を用いた共重合体等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。ただし、ポリ乳酸、乳酸と乳酸を除く上記ヒドロキシカルボン酸との共重合体、ポリカプロラクトン、上記ヒドロキシカルボン酸のうちの少なくとも１種とカプロラクトンとの共重合体を使用するのが好ましく、ポリ乳酸を使用するのが特に好ましい。

【0077】

この乳酸としては、例えば、Ｌ－乳酸やＤ－乳酸等を使用することができ、これらの乳酸を単独で使用しても、２種以上を選択して使用してもよい。

【0078】

カプロラクトン系脂肪族ポリエステルとしては、例えば、ポリカプロラクトンの単独重合体や、ポリカプロラクトン等と上記ヒドロキシカルボン酸との共重合体等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。

【0079】

二塩基酸ポリエステルとしては、例えば、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。

【0080】

生分解性樹脂は、１種を単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。

【0081】

熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化性ポリイミド系樹脂等を使用することができる。これらの樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用することができる。

【0082】

樹脂には、無機充填剤が、好ましくはサーマルリサイクルに支障が出ない割合で含有されていてもよい。

【0083】

無機充填剤としては、例えば、Ｆｅ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂａ、Ａｌ、Ｔｉ、ケイ素元素等の周期律表第Ｉ族～第ＶＩＩＩ族中の金属元素の単体、酸化物、水酸化物、炭素塩、硫酸塩、ケイ酸塩、亜硫酸塩、これらの化合物よりなる各種粘土鉱物等を例示することができる。

【0084】

具体的には、例えば、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、亜硫酸カルシウム、酸化亜鉛、シリカ、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、ほう酸アルミニウム、アルミナ、酸化鉄、チタン酸カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、クレーワラストナイト、ガラスビーズ、ガラスパウダー、珪砂、硅石、石英粉、珪藻土、ホワイトカーボン、ガラスファイバー等を例示することができる。これらの無機充填剤は、複数が含有されていてもよい。また、古紙パルプに含まれるものであってもよい。

【0085】

繊維状セルロース複合樹脂を得るにあたって、本工程で樹脂を添加し、また、本工程に先立って樹脂粉末を添加している場合、本工程での樹脂の添加量は、樹脂粉末の添加量を１００質量部とした場合、１～１００００質量部とするのが好ましく、１０～１０００質量部とするのがより好ましい。相対的に、樹脂粉末が多くなると（本工程での樹脂が少なくなると）嵩比重が低くなる傾向であるため混練機での生産量が低下してしまうという傾向がある。他方、樹脂粉末が少なくなると（本工程での樹脂が多くなると）樹脂中でのマイクロ繊維セルロースの分散性や脱水性が低下するという傾向がある。

【0086】

マイクロ繊維セルロースと樹脂全体（本工程での樹脂、又は樹脂粉末及び本工程での樹脂、又は樹脂粉末）との配合割合は、繊維状セルロース１００質量部とした場合、１０～１０００００質量部とするのが好ましく、１００～１００００質量部とするのがより好ましい。配合割合が上記範囲内であると、繊維状セルロース複合樹脂の強度、特に曲げ強度及び引張り弾性率を著しく向上させることができ、しかも脱水性が優れることを理由として製造コストを下げることができる。なお、最終的に得られる繊維状セルロース複合樹脂に含まれるマイクロ繊維セルロース及び樹脂の含有割合は、通常、製造にあたって使用するマイクロ繊維セルロース及び樹脂の配合割合と同じとなる。

【0087】

（多塩基酸）
ここで多塩基酸について説明を加える。
マイクロ繊維セルロースを変性する場合、その方法としては、例えば、エステル化、エーテル化、アミド化、スルフィド化等の疎水変性を挙げることができる。ただし、マイクロ繊維セルロースを疎水変性する方法としては、エステル化を採用するのが好ましい。

【0088】

エステル化の方法としては、例えば、カルボン酸、カルボン酸ハロゲン化物、酢酸、プロピオン酸、アクリル酸、メタクリル酸、リン酸、スルホン酸、無水多塩基酸及びこれらの誘導体等の疎水化剤によるエステル化を挙げることができる。ただし、疎水化剤としては、無水多塩基酸やその誘導体等の多塩基酸を使用するのが好ましい。

【0089】

セルロース繊維を多塩基酸で変性する１つの好ましい形態は、セルロース繊維のヒドロキシル基の一部又は全部を下記構造式（１）又は構造式（２）に示す官能基で置換する方法である。

【0090】

【化1】

構造式中のＲは、直鎖状、分枝鎖状、若しくは環状の飽和炭化水素基又はその誘導基；直鎖状、分枝鎖状、若しくは環状の不飽和炭化水素基又はその誘導基；芳香族基又はその誘導基；のいずれかである。

【0091】

このような変性を行う多塩基酸としては、例えば、シュウ酸類、フタル酸類、マロン酸類、コハク酸類、グルタル酸類、アジピン酸類、酒石酸類、グルタミン酸類、セバシン酸類、ヘキサフルオロケイ酸類、マレイン酸類、イタコン酸類、シトラコン酸類、クエン酸類等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。だだし、フタル酸、フタル酸塩類及びこれら（フタル酸類）の誘導体の少なくともいずれか１種以上であるのが好ましい。

【0092】

フタル酸類（誘導体）としては、フタル酸、フタル酸水素カリウム、フタル酸水素ナトリウム、フタル酸ナトリウム、フタル酸アンモニウム、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジアリル、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジノルマルヘキシル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジトリイソデシル等が挙げられる。好適には、フタル酸を使用するのが好ましい。

【0093】

無水多塩基酸類としては、例えば、無水マレイン酸類、無水フタル酸類、無水イタコン酸類、無水シトラコン酸類、無水クエン酸類等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。ただし、好適には無水マレイン酸類、より好適には無水フタル酸類を使用するのが好ましい。

【0094】

無水フタル酸類としては、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヒドロキシ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、４－エチニルフタル酸無水物、４－フェニルエチニルフタル酸無水物が挙げられる。ただし、好適には無水フタル酸を使用するのが好ましい。

【0095】

無水多塩基酸を使用すると、セルロース繊維を変性する場合においてはヒドロキシル基の一部が所定の官能基によって置換され、マイクロ繊維セルロース及び樹脂の相溶性が向上する。

【0096】

一方、多塩基酸によってセルロース繊維を変性せず、多塩基酸を単に含有させる場合においては、当該多塩基酸が相溶化剤として機能し、相溶性が向上する。結果、得られる繊維状セルロース複合樹脂の強度、特に曲げ強度が向上する。

【0097】

なお、多塩基酸を相溶化剤として機能させる場合は、セルロース繊維の変性の進み具合が問題にならないため、得られる繊維状セルロース複合樹脂の品質が安定化する。ただし、混練する際の繊維状セルロース乾燥体の含水率に留意する等して（この点については、前述したとおりである。）、セルロース繊維が変性してしまはないよう注意する必要がある。

【0098】

無水多塩基酸としては、セルロース繊維を変性させる場合、単に含有させる場合のいずれにおいても、下記の構造式（３）又は構造式（４）を示すものを使用するのが好ましい。

【0099】

【化2】

構造式中のＲは、直鎖状、分枝鎖状、若しくは環状の飽和炭化水素基又はその誘導基；直鎖状、分枝鎖状、若しくは環状の不飽和炭化水素基又はその誘導基；芳香族基又はその誘導基；のいずれかである。

【0100】

上記構造式（３）又は構造式（４）を示す無水多塩基酸を使用することによってマイクロ繊維セルロース及び樹脂の相溶性が向上する。

【0101】

多塩基酸の固形分での配合質量割合は、多塩基酸を変性に利用する場合、単に含有させる場合のいずれにおいても、０．１～５０質量％であるのが好ましく、１～３０質量％であるのがより好ましく、２～２０質量％であるのが特に好ましい。

【0102】

混練処理には、例えば、単軸又は二軸以上の多軸混練機、ミキシングロール、ニーダー、ロールミル、バンバリーミキサー、スクリュープレス、ディスパーザー等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。それらのなかで、二軸以上の多軸混練機を使用することが好ましい。二軸以上の多軸混練機を１機以上、並列又は直列にして、使用しても良い。

【0103】

また、二軸以上の多軸混練機のスクリューの周速は、０．２～２００ｍ/分が好ましく、０．５～１５０ｍ/分がさらに好ましく、１～１００ｍ/分が特に好ましい。周速が０．２ｍ/分未満の場合は、うまく樹脂中にマイクロ繊維セルロースを分散させることができない。他方、周速が２００ｍ/分を超える場合、マイクロ繊維セルロースへのせん断力が過多となり、補強効果が得られない。

【0104】

本形態において使用される混練機のスクリュー径と混練部の長さの比は、１５～６０が好ましい。比が１５未満の場合は、混練部が短く、マイクロ繊維セルロースと樹脂とを混ぜることができない恐れがある。比が６０を超える場合は、混練部が長すぎるため、マイクロ繊維セルロースへのせん断的負荷及び熱劣化が高くなり、補強効果が得られない恐れがある。

【0105】

混練処理の温度は、樹脂のガラス転移点以上であり、樹脂の種類によって異なるが、８０～２８０℃とするのが好ましく、９０～２６０℃とするのがより好ましく、１００～２４０℃とするのが特に好ましい。

【0106】

混練に際しては、無水マレイン酸ポリプロピレンを添加しても良い。無水マレイン酸ポリプロピレンの添加量は、マイクロ繊維セルロースの配合量を１００質量部として、好ましくは１～１０００質量部、より好ましくは５～５００質量部、特に好ましくは１０～２００質量部である。添加量が１質量部を下回ると効果が不十分である。他方、添加量が１０００質量部を上回ると過剰添加となり、逆に樹脂マトリックスの強度を低下させる恐れがある。

【0107】

混練に際しては、マイクロ繊維セルローススラリーのｐＨを調整する方法として、アミン類を添加しても良い。アミン類としては、例えば、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、トリエタノールアミン、Ｎ,Ｎ-ジメチルプロパン-２-アミン、テトラメチルエチレンアミン、ヘキサメチルアミン、スペルミジン、スペルミン、アマンタジン、アニリン、フェネチルアミン、トルイジン、カテコールアミン、１,８-ビス（ジメチルアミノ）ナフタレン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、キヌクリジン、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、オキサゾール、チアゾール、４－ジメチルアミノピリジン等を例示することができる。

【0108】

アミン類の添加量は、マイクロ繊維セルロースの配合量を１００質量部として、好ましくは１～１０００質量部、より好ましくは５～５００質量部、特に好ましくは１０～２００質量部である。添加量が１質量部を下回るとｐＨ調整が不十分である。他方、添加量が２００質量部を上回ると過剰添加となり、逆に樹脂マトリックスの強度を低下する恐れがある。

【0109】

マイクロ繊維セルロースを疎水変性する場合の溶媒としては、溶媒なし（溶媒を使用しない）、プロトン性極性溶媒、非プロトン性極性溶媒、非極性溶媒、樹脂等を挙げることができる。ただし、溶媒としては、樹脂を使用するのが好ましく、本形態においては樹脂と混練する際に変性するので、溶媒を実質不要とすることができる。

【0110】

プロトン性極性溶媒としては、例えば、ギ酸、ブタノール、イソブタノール、ニトロメタン、エタノール、メタノール、酢酸、水等を使用することができる。

【0111】

非プロトン性極性溶媒としては、例えば、Ｎ－メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、炭酸プロピレン等を使用することができる。

【0112】

非極性溶媒としては、例えば、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、クロロホルム、ジエチルエーテル、ジクロロメタン、等を使用することができる。

【0113】

マイクロ繊維セルロース及び樹脂の溶解パラメータ（ｃａｌ／ｃｍ³）^1/2（ＳＰ値）の差は、マイクロ繊維セルロースのＳＰ_MFC値、樹脂のＳＰ_POL値とすると、ＳＰ値の差＝ＳＰ_MFC値－ＳＰ_POL値とすることができる。ＳＰ値の差は０．１～１０が好ましく、０．５～８がより好ましく、１～５が特に好ましい。ＳＰ値の差が１０を超えると、樹脂中でマイクロ繊維セルロースが分散せず、補強効果を得ることはできない。他方、ＳＰ値の差が０．１未満であるとマイクロ繊維セルロースが樹脂に溶解してしまい、フィラーとして機能せず、補強効果が得られない。この点、樹脂（溶媒）のＳＰ_POL値とマイクロ繊維セルロース（溶質）のＳＰ_MFC値の差が小さい程、補強効果が大きい。なお、溶解パラメータ（ｃａｌ／ｃｍ³）^1/2（ＳＰ値）とは、溶媒－溶質間に作用する分子間力を表す尺度であり、ＳＰ値が近い溶媒と溶質であるほど、溶解度が増す。

【0114】

（その他の原料）
マイクロ繊維セルロースには、セルロースナノファイバー、ミクロフィブリルセルロース、ミクロフィブリル状微細繊維、微少繊維セルロース、ミクロフィブリル化セルロース、スーパーミクロフィブリルセルロース等と称される各種微細繊維の中から１種又は２種以上を含ませることができ、また、これらの微細繊維が含まれていてもよい。また、これらの微細繊維を更に微細化した繊維をも含ませることもでき、また、含まれていてもよい。ただし、全原料繊維中におけるマイクロ繊維セルロースの割合が１０質量％以上、好ましくは３０質量％以上、より好ましくは６０質量％以上となるようにする必要がある。

【0115】

また、以上のほか、ケナフ、ジュート麻、マニラ麻、サイザル麻、雁皮、三椏、楮、バナナ、パイナップル、ココヤシ、トウモロコシ、サトウキビ、バガス、ヤシ、パピルス、葦、エスパルト、サバイグラス、麦、稲、竹、各種針葉樹（スギ及びヒノキ等）、広葉樹及び綿花などの各種植物体から得られた植物材料に由来する繊維を含ませることもでき、含まれていてもよい。

【0116】

繊維状セルロース複合樹脂の原料としては、マイクロ繊維セルロース及び樹脂の他、例えば、帯電防止剤、難燃剤、抗菌剤、着色剤、ラジカル捕捉剤、発泡剤等の中から１種又は２種以上を選択して、本発明の効果を阻害しない範囲で使用することができる。

【0117】

これらの原料は、マイクロ繊維セルロース（分散液）に混合しても、繊維状セルロース乾燥体及び樹脂の混練の際に併せて混練しても、これらの混練物に混練しても、その他の方法で混練してもよい。ただし、製造効率の面からは、繊維状セルロース乾燥体及び樹脂の混練の際に併せて混練するのが好ましい。

【0118】

樹脂には、エチレン－αオレフィン共重合エラストマー又はスチレン－ブタジエンブロック共重合体が含有されていてもよい。α－オレフィンの例としては、ブテン、イソブテン、ペンテン、ヘキセン、メチル－ペンテン、オクテン、デセン、ドデセン等が挙げられる。

【0119】

（成形処理）
繊維状セルロース乾燥体及び樹脂の混練物は、必要により再度混練処理を行った後、所望の形状に成形して繊維状セルロース複合樹脂とすることもできる。なお、混練物に変性マイクロ繊維セルロースが分散していても、成形加工性に優れている。

【0120】

成形の大きさや厚さ、形状等は、特に限定されず、例えば、シート状、ペレット状、粉末状、繊維状等とすることができる。

【0121】

成形処理の際の温度は、樹脂のガラス転移点以上であり、樹脂の種類によって異なるが、８０～２８０℃とするのが好ましく、９０～２６０℃とするのがより好ましく、１００～２４０℃とするのが特に好ましい。

【0122】

成形処理の装置としては、例えば、射出成形機、吹込成形機、中空成形機、ブロー成形機、圧縮成形機、押出成形機、真空成形機、圧空成形機等の中から１種又は２種以上を選択して使用することができる。

【0123】

成形処理は、公知の成形方法によることができ、例えば、金型成形、射出成形、押出成形、中空成形、発泡成形等によることができる。また、混練物を紡糸して繊維状にし、前述した植物材料等と混繊してマット形状、ボード形状とすることもできる。混繊は、例えば、エアーレイにより同時堆積させる方法等によることができる。

【0124】

なお、この成形処理は、混練処理に続いて行うことも、混練物をいったん冷却し、破砕機等を使用してチップ化した後、このチップを押出成形機や射出成形機等の成形機に投入して行うこともできる。

【0125】

（用語の定義、測定方法等）
明細書中の用語は、特に断りのない限り、以下のとおりである。

【0126】

（平均繊維径）
固形分濃度０．０１～０．１質量％のマイクロ繊維セルロースの水分散液１００ｍｌをテフロン（登録商標）製メンブレンフィルターでろ過し、エタノール１００ｍｌで１回、ｔ－ブタノール２０ｍｌで３回溶媒置換する。次に、凍結乾燥し、オスミウムコーティングして試料とする。この試料について、構成する繊維の幅に応じて５０００倍、１００００倍又は３００００倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡ＳＥＭ画像による観察を行う。具体的には、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に三本引く。さらに、この三本の直線と交錯する合計１００本の繊維の幅を目視で計測する。そして、計測値の中位径を平均繊維径とする。

【0127】

（平均繊維長・フィブリル化率）
平均繊維長とフィブリル化率は、バルメット社製の繊維分析計「ＦＳ５」によって測定する。

【0128】

（アスペクト比）
上記平均繊維長を平均繊維幅（径）で除した値である。

【0129】

（結晶化度）
ＪＩＳ－Ｋ０１３１（１９９６）の「Ｘ線回折分析通則」に準拠して、Ｘ線回折法により測定した値である。なお、マイクロ繊維セルロースは、非晶質部分と結晶質部分とを有し、結晶化度は、マイクロ繊維セルロース全体における結晶質部分の割合を意味することになる。

【0130】

（パルプ粘度）
ＪＩＳ－Ｐ８２１５（１９９８）に準拠して測定する。なお、パルプ粘度が高いほどマイクロ繊維セルロースの重合度が高いことを意味する。

【0131】

（フリーネス）
ＪＩＳ Ｐ８１２１－２：２０１２に準拠して測定した値である。

【0132】

（含水率（水分率））
繊維の水分率は、定温乾燥機を用いて、試料を１０５℃で６時間以上保持し質量の変動が認められなくなった時点の質量を乾燥後質量とし、下記式にて算出した値である。
繊維水分率（％）＝［（乾燥前質量－乾燥後質量）÷乾燥前質量］×１００

【0133】

（保水度）
Ｊ Ａ Ｐ Ａ Ｎ Ｔ Ａ Ｐ Ｐ Ｉ Ｎ ｏ ． ２ ６ ： ２ ０ ０ ０ に準拠した保水度の測定法により、測定した値である。

【実施例】

【0134】

次に、本発明の実施例を示し、本発明の作用効果を明らかにする。

【0135】

（実施例１）
固形分濃度２質量％のマイクロ繊維セルロース水分散液５００ｇに、ポリプロピレン粉末１０ｇを添加し、Ｎｏ．２ろ紙にて１０分間吸引濾過（脱水）してマイクロ繊維セルロース含有物を得た。

【0136】

脱水したマイクロ繊維セルロース凝集物を１０５℃で加熱乾燥し繊維状セルロース乾燥体を得た。当該繊維状セルロース乾燥体の含水率は１０％未満であった。当該繊維状セルロース乾燥体とフタル酸７ｇとポリプロピレンペレット７３ｇとを１８０℃、２００ｒｐｍの条件で二軸混練機にて混練し、繊維状セルロース複合樹脂を得た。得られた繊維状セルロース複合樹脂は、ペレッターで２ｍｍ径、２ｍｍ長の円柱状にカットし、１８０℃で直方体試験片（長さ５９ｍｍ、幅９．６ｍｍ、厚さ３．８ｍｍ）に射出成形した。

【0137】

マイクロ繊維セルロースの物性、樹脂粉末の粒径、脱水後の含水率、並びにマイクロ繊維セルロース（ＭＦＣ）、薬品（フタル酸）、樹脂粉末及び樹脂ペレットの配合割合は、表１に示した。

【0138】

得られた繊維状セルロース複合樹脂の成型物について、曲げ試験を行った。結果は、表１に示した。なお、曲げ試験の評価方法は、次のとおりである。

【0139】

（曲げ試験）
曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７１７１：２００８に準拠して測定した。表中には、評価結果を以下の基準で示した。
樹脂自体の曲げ弾性率を１として複合樹脂の曲げ弾性率（倍率）が１．５倍以上の場合 ：○
樹脂自体の曲げ弾性率を１として複合樹脂の曲げ弾性率（倍率）が１．４倍以上１．５倍未満の場合：△

【0140】

樹脂自体の曲げ弾性率を１として複合樹脂の曲げ弾性率（倍率）が１．４倍未満の場合：×

【0141】

【表1】

【0142】

（その他の実施例及び比較例）
実施例２～８及び比較例１については、表１に示すように各種条件を変化させて実施例１と同様の試験を行った。比較例２については、実施例８に対して脱水を行わず、直ちに乾燥した試験を行った。結果は、表１に示した。なお、多塩基酸は基本的に混練直前に添加することとした。また、比較例２の結果について、理由は明確でないが、長時間乾燥させたため熱劣化して十分な強度が得られなかったと考えられる。

【産業上の利用可能性】

【0143】

本発明は、繊維状セルロース複合樹脂及び繊維状セルロース含有物の製造方法、並びに繊維状セルロース複合樹脂として利用可能である。