特許 7584853 高分子複合体およびそれを含む成形品

(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】2024-11-08

(45)【発行日】2024-11-18

(54)【発明の名称】高分子複合体およびそれを含む成形品

(51)【国際特許分類】

   C08L 1/00 20060101AFI20241111BHJP

   C08K 3/00 20180101ALI20241111BHJP

   C08L 101/00 20060101ALI20241111BHJP

   C08K 3/10 20180101ALI20241111BHJP

【ＦＩ】

C08L1/00

C08K3/00

C08L101/00

C08K3/10

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2023554899

(86)(22)【出願日】2022-07-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-01

(86)【国際出願番号】 KR2022010239

(87)【国際公開番号】W WO2023018030

(87)【国際公開日】2023-02-16

【審査請求日】2023-09-07

(31)【優先権主張番号】10-2021-0107616

(32)【優先日】2021-08-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2022-0077702

(32)【優先日】2022-06-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】500239823

【氏名又は名称】エルジー・ケム・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100122161

【弁理士】

【氏名又は名称】渡部 崇

(72)【発明者】

【氏名】ミンスン・パク

(72)【発明者】

【氏名】チ・スン・パク

(72)【発明者】

【氏名】デヒョン・ファン

(72)【発明者】

【氏名】クワン・ソン・ジョン

【審査官】中落 臣諭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２０１７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８７１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９９６５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０８Ｌ１／００－１０１／１４

Ｃ０８Ｋ３／００－１３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高分子マトリックス、
第１無機粒子、
第１マイクロセルロース繊維、並びに
ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む第２マイクロセルロース繊維を含む、高分子複合体。

【請求項2】

前記第１無機粒子および前記第２無機粒子の合計は、前記高分子複合体１００重量部に対して１～３０重量部である、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項3】

前記第１無機粒子は、前記高分子複合体１００重量部に対して０．１～２０重量部で含まれる、請求項１または２に記載の高分子複合体。

【請求項4】

前記第１マイクロセルロース繊維と、前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む第２マイクロセルロース繊維とは１：０．１～１：３の重量比で含まれる、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項5】

前記第２無機粒子は、前記第２マイクロセルロース繊維１００重量部に対して１０～４０重量部で含まれる、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項6】

前記第１マイクロセルロース繊維は１０μｍ～４０μｍの直径および０．１ｍｍ～３ｍｍの長さを有する、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項7】

前記ナノフィブリルは前記第２マイクロセルロース繊維の表面に結合され、
前記第２無機粒子は前記ナノフィブリルと結合するか、前記第２マイクロセルロース繊維の表面または内部に結合される、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項8】

前記第１無機粒子は、酸化チタン、酸化亜鉛、窒化ホウ素、および硫酸バリウムからなる群より選択される１種以上の無機粒子を含む、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項9】

前記第１無機粒子は５０ｎｍ～１０００ｎｍの平均粒径を有する無機粒子である、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項10】

前記第２無機粒子は、銅、亜鉛、カルシウム、アルミニウム、鉄、銀、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、マグネシウム、ストロンチウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、およびガリウムからなる群より選択される１種以上の金属粒子あるいは酸化シリコン粒子を含む、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項11】

前記第２無機粒子は、直径が０．０１μｍ～１０μｍである球形粒子；一軸直径が０．０１μｍ～１０μｍであり、他の一軸直径が０．０２μｍ～３０μｍである柱状粒子；またはこれらの混合物を含む、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項12】

記第２マイクロセルロース繊維は１μｍ～３０μｍの直径を有し；前記ナノフィブリルは１０ｎｍ～４００ｎｍの直径を有する、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項13】

前記高分子マトリックスは、ポリエチレン、ポリエチレン系共重合体、ポリプロピレン、ポリプロピレン系共重合体、ナイロン－６、ナイロン－６６、アラミド、ポリスチレン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体、スチレン－マレイン酸無水物共重合体、スチレン－アクリロニトリル共重合体、スチレン－ブタジエン－スチレン共重合体、およびポリカーボネートからなる群より選択される１種以上の高分子樹脂を含む、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項14】

前記高分子マトリックス３０～８０重量％；前記第１無機粒子０．１～２０重量％；前記第１マイクロセルロース繊維５～４０重量％；および前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む第２マイクロセルロース繊維１～３０重量％を含む、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項15】

前記高分子複合体からなるＡＳＴＭ Ｄ６３８－５規格の試験片に対してＡＳＴＭ Ｄ６３８－５の標準試験法に従って測定された、２５ＭＰａ以上の引張強度を有する、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項16】

前記高分子複合体からなる大きさ８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの試験片に対してＩＳＯ １７８の標準試験法に従って測定された、６０ＭＰａ以上の曲げ強度を有する、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項17】

前記高分子複合体からなるＡＳＴＭ Ｄ２５６規格のノッチ付きサイズ６３．５ｍｍ×１２．７ｍｍ×３．２ｍｍの試験片に対してＡＳＴＭ Ｄ２５６の標準試験法に従って測定された、２０Ｊ／ｍ以上のアイゾット衝撃強度を有する、請求項１に記載の高分子複合体。

【請求項18】

請求項１に記載の高分子複合体を含む、成形品。

【請求項19】

前記成形品は、自動車用内外装材である、請求項１８に記載の成形品。

【請求項20】

前記成形品は、ダッシュボード（ｄａｓｈｂｏａｒｄ）、ドアトリム（ｄｏｏｒ ｔｒｉｍ）、バッテリートレイ（ｂａｔｔｅｒｙ ｔｒａｙ）、バンパー（ｂｕｍｐｅｒ）、ラッゲージトリム（ｌｕｇｇａｇｅ ｔｒｉｍ）、ドアオープニングトリム（ｄｏｏｒ ｏｐｅｎｉｎｇ ｔｒｉｍ）、ヘッドライナー（ｈｅａｄｌｉｎｅｒ）、リアシェルフ（ｒｅａｒ ｓｈｅｌｆ）、トノカバー（ｔｏｎｎｅａｕ ｃｏｖｅｒ）、サンバイザー（ｓｕｎ ｖｉｓｏｒ）、アシストグリップ（ａｓｓｉｓｔ ｇｒｉｐ）、コンソールボックス（ｃｏｎｓｏｌｅ ｂｏｘ）、フェンダーパネル（ｆｅｎｄｅｒ ｐａｎｅｌ）、オイルパン（ｏｉｌ ｐａｎ）、ホイールハウス（ｗｈｅｅｌ ｈｏｕｓｅ）、サイドスカート（ｓｉｄｅ ｓｋｉｒｔ）、ガーニッシュ（ｇａｒｎｉｓｈ）、電装部品（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐａｒｔｓ）、エンジンカバー（ｅｎｇｉｎｅ ｃｏｖｅｒ）、シートベルトカバー（ｓｅａｔ ｂｅｌｔ ｃｏｖｅｒ）、スイッチボタン（ｓｗｉｔｃｈ ｂｕｔｔｏｎ）、およびセンターフェイシア（ｃｅｎｔｅｒ ｆａｃｉａ）からなる群より選択される１種以上の自動車用内外装材である、請求項１８に記載の成形品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[関連出願の相互参照]
本出願は、２０２１年８月１３日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１０７６１６号および２０２２年６月２４日付の韓国特許出願第１０－２０２２－００７７７０２号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

【0002】

本発明は、無機粒子およびセルロース繊維を含む高分子複合体およびそれを含む成形品に関する。

【背景技術】

【0003】

パルプ（Ｐｕｌｐ）は木材（ｗｏｏｄ）、繊維作物（ｆｉｂｅｒ ｃｒｏｐｓ）、古紙、またはぼろきれ（ｒａｇｓ）などからセルロース繊維を化学的または機械的に分離して得られたリグノセルロース繊維物質（ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ｆｉｂｒｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌ）である。セルロース繊維は主に製紙分野に使用されており、ナノセルロースの原材料として活用されている。

【0004】

ナノセルロースは高分子との複合化により高分子の物性を改善するための研究に応用されている。補強材としてグラスファイバーが適用されたものとは異なり、環境に優しいナノセルロースが適用された高分子複合体はリサイクルが容易であるという長所がある。

【0005】

しかし、セルロース繊維からナノセルロースを製造する工程は複雑で多くのコストがかかる。そして、セルロース繊維は高分子との複合化過程で高い工程温度により劣化する問題がある。また、セルロース繊維およびナノセルロースは高分子複合体内で凝集（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）しやすいので、ナノスケールで分散させることは非常に難しく、そのため十分な補強効果を得にくい限界がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、補強材としてセルロース繊維を含み、環境に優しくかつ優れた機械的物性を示すことができる高分子複合体を提供する。

【0007】

また、本発明は、前記高分子複合体を含む成形品を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以下、本発明の実施形態による高分子複合体およびそれを含む成形品について説明する。

【0009】

本明細書で明示的な言及がない限り、専門用語は単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。

【0010】

本明細書で使用される単数形は文脈上明らかに逆の意味を示さない限り複数形も含む。

【0011】

本明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および／または群の存在や付加を除外させるものではない。

【0012】

本明細書における「ナノ繊維」または「ナノフィブリル」は、ナノメートルスケールの直径を有する繊維を意味し、「マイクロ繊維」はマイクロメートルスケールの直径を有する繊維を意味する。例えば、前記マイクロ繊維は前記ナノ繊維の束からなるものであり得る。本明細書における各種繊維およびフィブリルの「直径」はその断面で最も長い長さの直径を意味する。

【0013】

本明細書における「パルプ」は木材（ｗｏｏｄ）、繊維作物（ｆｉｂｅｒ ｃｒｏｐｓ）、古紙またはぼろきれ（ｒａｇｓ）などからセルロース繊維を化学的または機械的に分離して得られたリグノセルロース繊維物質（ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ｆｉｂｒｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌ）を意味する。

【0014】

本明細書における「パルプ繊維」、「セルロース繊維」または「マイクロセルロース繊維」はセルロースからなるマイクロ繊維を意味する。本明細書における「セルロースナノ繊維」または「ナノセルロース繊維」はセルロースからなるナノ繊維を意味する。

【0015】

本明細書における「フィブリル化」はマイクロセルロース繊維の内部組織を形成するナノフィブリルが解れてマイクロセルロース繊維上にナノフィブリルが毛羽立つ現象を意味する。

【0016】

本明細書における「フィブリル化されたセルロース繊維」は前記フィブリル化によりマイクロセルロース繊維上にナノメートルスケールの直径を有するナノフィブリルが毛羽立った状態のマイクロセルロース繊維を意味する。

【0017】

本発明の一実施形態によれば、
高分子マトリックス、
第１無機粒子、
第１マイクロセルロース繊維、並びに
ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む第２マイクロセルロース繊維を含む、高分子複合体が提供される。

【0018】

プラスチックの補強材料として生分解性を有し、環境に優しい天然高分子材料であるセルロースナノ繊維が最近注目を浴びている。しかし、マイクロセルロース繊維をナノ化（微細化）してナノ繊維を得る工程は複雑で多くのコストがかかり、セルロースナノ繊維を補強材として含む高分子複合体のコストを上昇させる問題を招いている。

【0019】

本発明者らは研究を重ねた結果、セルロース繊維上に無機粒子を成長させて得られるフィブリル化されたセルロース繊維は、セルロース繊維をナノ化して得られるナノセルロースと同等程度の高分子補強効果を示すことができることが確認された。

【0020】

特に、前記フィブリル化されたセルロース繊維と改質されないマイクロセルロース繊維の混合物を補強材として含む高分子複合体は、改質されないマイクロセルロース繊維のみを補強材として含む高分子複合体に比べて優れた機械的物性を示し、かつ優れた価格競争力を有し得る。さらに、前記高分子複合体に適正量の無機粒子を適用することによって機械的強度の低下なしに色相を改善することができる。

【0021】

前記高分子複合体は、前記高分子マトリックス内に分散した前記第１無機粒子、前記第１マイクロセルロース繊維、並びに前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む第２マイクロセルロース繊維を含む。

【0022】

前記高分子マトリックスは、高分子樹脂であり得る。

【0023】

一例として、前記高分子マトリックスは、ポリオレフィン、ポリアミド、スチレン系重合体、およびポリカーボネートからなる群より選択される１種以上の高分子を含み得る。

【0024】

具体的には、前記高分子マトリックスは、ポリエチレン、ポリエチレン系共重合体、ポリプロピレン、およびポリプロピレン系共重合体などのポリオレフィン；ナイロン－６およびナイロン－６６などの脂肪族ポリアミド；アラミドなどの芳香族ポリアミド；ポリスチレン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体、スチレン－マレイン酸無水物共重合体、スチレン－アクリロニトリル共重合体、およびスチレン－ブタジエン－スチレン共重合体などのスチレン系重合体；ビスフェノールＡ、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールまたはこれらの混合物を含むポリオールとホスゲンを重合させたポリカーボネートなどであり得る。

【0025】

好ましくは、前記高分子マトリックスは、ポリエチレン、ポリエチレン系共重合体、ポリプロピレン、ポリプロピレン系共重合体、ナイロン－６、ナイロン－６６、アラミド、ポリスチレン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体、スチレン－マレイン酸無水物共重合体、スチレン－アクリロニトリル共重合体、スチレン－ブタジエン－スチレン共重合体、およびポリカーボネートからなる群より選択される１種以上の高分子樹脂を含み得る。

【0026】

本発明の実施形態によれば、前記高分子複合体は前記高分子マトリックス上に分散した前記第１無機粒子を含む。

【0027】

前記第１無機粒子は前記高分子複合体の機械的物性を低下させず、かつ改善された色相を発現させるために添加することができる。一例として、セルロース繊維を含む高分子複合体は薄い黄色または濃い黄色を帯びることが一般的であるが、前記第１無機粒子を適用することで前記高分子複合体の白色度を向上させることができる。

【0028】

前記第１無機粒子は高屈折率を有する無機粒子を適用することができる。好ましくは、前記第１無機粒子は、酸化チタン、酸化亜鉛、窒化ホウ素、および硫酸バリウムからなる群より選択される１種以上の無機粒子を含み得る。

【0029】

前記第１無機粒子は５０ｎｍ～１０００ｎｍ、あるいは１００ｎｍ～１０００ｎｍ、あるいは１００ｎｍ～５００ｎｍである平均粒径を有する無機粒子であり得る。前記高分子複合体に前記第１無機粒子が効率的に含まれるようにするために、前記第１無機粒子は５０ｎｍ以上あるいは１００ｎｍ以上の平均粒径を有することが好ましい。ただし、過度に大きい無機粒子は前記高分子複合体で欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）として作用して機械的物性が劣化する。したがって、前記第１無機粒子は１０００ｎｍ以下あるいは５００ｎｍ以下の平均粒径を有することが好ましい。

【0030】

前記第１無機粒子は、前記高分子複合体１００重量部に対して０．１～２０重量部で含まれる。前記第１無機粒子による前記効果の発現のために、前記第１無機粒子は、前記高分子複合体１００重量部に対して０．１重量部以上、あるいは１重量部以上、あるいは２重量部以上で含まれることが好ましい。ただし、過剰の無機粒子は前記高分子マトリックスとの相溶性を阻害し、これによって高分子複合体の機械的物性が低下し得る。したがって、前記第１無機粒子は、前記高分子複合体１００重量部に対して２０重量部以下、あるいは１８重量部以下、あるいは１６重量部以下で含まれることが好ましい。具体的には、前記第１無機粒子は、前記高分子複合体１００重量部に対して０．１～２０重量部、あるいは１～２０重量部、あるいは１～１８重量部、あるいは２～１８重量部、あるいは２～１６重量部で含まれる。

【0031】

本発明の実施形態によれば、前記高分子複合体は、前記高分子マトリックス上に分散した前記第１マイクロセルロース繊維を含む。

【0032】

前記第１マイクロセルロース繊維は、針葉樹、広葉樹などの木材から得られる天然セルロース繊維であり得る。一例として、前記第１マイクロセルロース繊維は苛性ソーダ、硫酸ソーダなどを使用して針葉樹や広葉樹などの天然原料からセルロース以外の成分を溶かして得ることができる。

【0033】

前記第１マイクロセルロース繊維は、後述する第２マイクロセルロース繊維（フィブリル化されたマイクロセルロース繊維）に比べてフィブリル化されていない状態のマイクロセルロース繊維を意味する。

【0034】

前記第１マイクロセルロース繊維は、１０μｍ～４０μｍの直径および０．１ｍｍ～３ｍｍの長さを有するものであり得る。具体的には、前記第１マイクロセルロース繊維は１０μｍ～４０μｍ、あるいは１５μｍ～４０μｍ、あるいは１５μｍ～３５μｍ、あるいは１５μｍ～３０μｍの直径；および０．１ｍｍ～３ｍｍ、あるいは０．１ｍｍ～２．５ｍｍ、あるいは０．２ｍｍ～２．５ｍｍ、あるいは０．２ｍｍ～２ｍｍの長さを有するものであり得る。

【0035】

前記第１マイクロセルロース繊維は湿式法または乾式法により得られる。非制限的な例として、セルロース原料を蒸留水に投入し、湿式状態でミキサーで数回粉砕した後、減圧濾過して前記第１マイクロセルロース繊維が得られる。

【0036】

本発明の実施形態によれば、前記高分子複合体は、前記高分子マトリックス上に分散した前記第２マイクロセルロース繊維をさらに含む。

【0037】

前記第２マイクロセルロース繊維は、針葉樹、広葉樹などの木材から得られる天然セルロース繊維であり得る。

【0038】

一般的にマイクロセルロース繊維のフィブリル化（ｆｉｂｒｉｌｌａｔｉｏｎ）は、叩解（ｂｅａｔｉｎｇ）などの工程によりセルロース繊維の膜およびその内部組織を形成する比較的大きなフィブリルが解れてその表面に微細なフィブリルが毛羽立つ現象を意味する。

【0039】

本発明において、前記第２マイクロセルロース繊維は、セルロース繊維上に第２無機粒子を成長させることによってセルロース繊維をフィブリル化したものである。すなわち、本発明において、前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維は、マイクロセルロース繊維上の前記第２無機粒子の成長により前記第２マイクロセルロース繊維を形成するフィブリルの一部が解れるか解繊された状態の繊維であり得る。

【0040】

図１の（ａ）は、フィブリル化されていないマイクロセルロース繊維、および（ｂ）は、ナノフィブリルおよび無機粒子を含むマイクロセルロース繊維を拡大して模式的に示す図である。

【0041】

図１の（ａ）中、フィブリル化されていないマイクロセルロース繊維１００は、マイクロメートルスケールの直径を有する繊維である。図１の（ｂ）を参照すると、セルロース繊維上に無機粒子を成長させると、マイクロセルロース繊維１００’を形成するフィブリルの一部が前記無機粒子２０の成長により解れてマイクロセルロース繊維１００’上にナノフィブリル１１が毛羽立った状態の繊維が形成される。また、前記無機粒子２０の成長によるフィブリル化により前記マイクロセルロース繊維１００’の内部にも前記ナノフィブリル１１が存在し得る。

【0042】

一例として、前記第２マイクロセルロース繊維は、ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む。ここで、前記ナノフィブリルは、前記第２マイクロセルロース繊維の表面に結合するか、その内部に存在し得る。そして、前記第２無機粒子は、前記ナノフィブリルと結合するかまたは前記第２マイクロセルロース繊維の表面または内部に結合している。

【0043】

前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維で、前記第２マイクロセルロース繊維は１μｍ以上；および３０μｍ以下、あるいは２５μｍ以下、あるいは２０μｍ以下、あるいは１５μｍ以下、あるいは１０μｍ以下の直径を有するものであり得る。具体的には、前記第２マイクロセルロース繊維は１μｍ～３０μｍ、あるいは１μｍ～２５μｍ、あるいは１μｍ～２０μｍ、あるいは１μｍ～１５μｍ、あるいは１μｍ～１０μｍの直径を有するものであり得る。

【0044】

そして、前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維で、前記ナノフィブリルは１０ｎｍ以上、あるいは２０ｎｍ以上、あるいは３０ｎｍ以上、あるいは４０ｎｍ以上、あるいは５０ｎｍ以上；および４００ｎｍ以下、あるいは３５０ｎｍ以下、あるいは３００ｎｍ以下、あるいは２５０ｎｍ以下、あるいは２００ｎｍ以下、あるいは１５０ｎｍ以下、あるいは１００ｎｍ以下の直径を有するものであり得る。具体的には、前記ナノフィブリルは１０ｎｍ～４００ｎｍ、あるいは１０ｎｍ～３５０ｎｍ、あるいは１０ｎｍ～３００ｎｍ、あるいは２０ｎｍ～３００ｎｍ、あるいは２０ｎｍ～２５０ｎｍ、あるいは３０ｎｍ～２５０ｎｍ、あるいは３０ｎｍ～２００ｎｍ、あるいは４０ｎｍ～２００ｎｍ、あるいは４０ｎｍ～１５０ｎｍ、あるいは５０ｎｍ～１５０ｎｍ、あるいは５０ｎｍ～１００ｎｍの直径を有するものであり得る。

【0045】

前記第２マイクロセルロース繊維および前記ナノフィブリルの長さは特に制限されない。

【0046】

前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維は、マイクロセルロース繊維、第２無機粒子前駆体および溶媒を含む混合物に還元剤、触媒、リガンド、またはこれらの混合物を添加して、セルロース繊維上に分布した第２無機粒子前駆体から第２無機粒子を成長させる工程により製造することができる。

【0047】

一例として、前記工程ではマイクロセルロース繊維、第２無機粒子前駆体および溶媒を含む混合物を準備する。

【0048】

前記溶媒としては、前記第２無機粒子前駆体を溶解させることができ、マイクロセルロース繊維を膨潤させることができる化合物を使用することができる。一例として、前記溶媒としては、水、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどの低級アルコール）、ジメチルスルホキシド、水酸化ナトリウム水溶液、アンモニア水溶液、尿素水溶液、またはこれらの混合物を使用することができる。

【0049】

前記溶媒は、マイクロセルロース繊維１００重量部に対して１０００～１００００重量部で使用することができる。前記溶媒の含有量の範囲内でマイクロセルロース繊維が十分に膨潤され、前記第２無機粒子前駆体の流動性が確保され、前記第２無機粒子前駆体が前記マイクロセルロース繊維上に均一に分散することができる。

【0050】

前記マイクロセルロース繊維上に成長する第２無機粒子の種類によって多様な物性を有する高分子複合体を提供することができる。すなわち、前記第２無機粒子前駆体は、高分子複合体に付与しようとする物性に応じて適宜選択することができる。非制限的な例として、高分子複合体に抗菌性および耐熱性を付与する目的であれば酸化亜鉛を成長させ得る第２無機粒子前駆体を選択することができる。

【0051】

一例として、前記第２無機粒子としては銅、亜鉛、カルシウム、アルミニウム、鉄、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデンおよびガリウムからなる群より選択される１種以上の元素を含み得る。前記無機粒子の成分は１種または２種以上であり得る。例えば、前記第２無機粒子は上述した金属粒子であるか、これらの酸化物、窒化物または硫化物であり得る。

【0052】

前記第２無機粒子前駆体としては銅、亜鉛、カルシウム、アルミニウム、鉄、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデンおよびガリウムからなる群より選択される１種以上の元素の塩を使用することができる。前記塩は酢酸塩、塩化塩、硝酸塩などであり得る。また、前記第２無機粒子前駆体としてはテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）などの酸化シリコン前駆体を使用することができる。

【0053】

前記第２無機粒子の含有量は、前記第２マイクロセルロース繊維１００重量部に対して１０～４０重量部であり得る。具体的には、前記第２無機粒子の含有量は、前記第２マイクロセルロース繊維１００重量部に対して１０重量部以上、あるいは１５重量部以上；および４０重量部以下、あるいは３５重量部以下、あるいは３０重量部以下であり得る。好ましくは、前記第２無機粒子の含有量は、前記マイクロセルロース繊維１００重量部に対して１０～４０重量部、あるいは１０～３５重量部、あるいは１５～３５重量部、あるいは１５～３０重量部であり得る。そのため、前記混合物に含まれる前記第２無機粒子前駆体の含有量は、前記第２マイクロセルロース繊維上に最終的に生成される第２無機粒子の含有量が前記範囲を満たすように制御することができる。このような含有量の範囲内でマイクロセルロース繊維に第２無機粒子前駆体が均一に分布して十分なフィブリル化を誘導することができ、向上した機械的物性の発現を可能にする。

【0054】

前記混合物は、前記溶媒に前記第２無機粒子前駆体を溶解させた後、マイクロセルロース繊維を添加して準備する。前記混合物を攪拌してマイクロセルロース繊維を膨潤させると同時に膨潤されたマイクロセルロース繊維上に前記第２無機粒子前駆体が均一に分布するようにする。前記第２無機粒子前駆体は、水素結合またはイオン結合により前記マイクロセルロース繊維上に付着する。

【0055】

前記混合物に添加される還元剤、触媒およびリガンドの種類および含有量は添加された第２無機粒子前駆体および成長させようとする第２無機粒子の種類および含有量に応じて適宜選択することができる。一例として、前記還元剤としては、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、金属ハイドライド系、ボロヒドリド系、ボラン系、シラン系、ヒドラジン、またはヒドラジド系の還元剤を使用することができる。前記触媒としては、アンモニアまたは尿素などを使用することができる。前記リガンドとしては、ベンゼン－１，３，５－トリカルボキシレートを使用することができる。

【0056】

図２および図３は、本発明の一製造例による前記第２無機粒子の成長によりフィブリル化されたマイクロセルロース繊維に対する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。

【0057】

図２の（ａ）のイメージを参照すると、マイクロセルロース繊維上に第２無機粒子が成長してフィブリル化が起こったことを確認することができる。図２の（ｂ）のイメージは、前記（ａ）のイメージの一部をさらに拡大して観察したものである。

【0058】

図３を参照すると、前記マイクロセルロース繊維上には前記第２無機粒子の成長による（ａ）金属元素（亜鉛）、および（ｂ）酸素が均一に分布していることを確認することができる。

【0059】

前記工程により前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維が得られる。

【0060】

本発明の実施形態によれば、前記マイクロセルロース繊維に含まれた前記第２無機粒子は０．０１μｍ以上、あるいは０．０３μｍ以上、あるいは０．０５μｍ以上；および１０μｍ以下、あるいは７μｍ以下、あるいは５μｍ以下である直径を有することができる。好ましくは、前記第２無機粒子は０．０１μｍ～１０μｍ、あるいは０．０３μｍ～７μｍ、あるいは０．０５μｍ～５μｍである直径を有することができる。

【0061】

前記第２マイクロセルロース繊維上に含まれた前記第２無機粒子の粒径が過度に大きい場合、前記第２無機粒子が欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）として作用して高分子複合体の機械的物性が低下し得る。したがって、前記第２無機粒子の粒径は１０μｍ以下、あるいは７μｍ以下、あるいは５μｍ以下であることが好ましい。

【0062】

そして、前記第２無機粒子の成長によるマイクロセルロース繊維のフィブリル化効果が発現し、かつ機械的物性の向上のために、前記第２無機粒子の粒径は０．０１μｍ以上、あるいは０．０３μｍ以上、あるいは０．０５μｍ以上であることが好ましい。

【0063】

前記第２無機粒子は０．０１μｍ～１０μｍである直径を有する球形粒子であり得る。また、前記第２無機粒子は０．０１μｍ～１０μｍである一軸直径と０．０２μｍ～３０μｍである他の一軸直径を有する柱状粒子であり得る。前記第２無機粒子の直径は、走査型電子顕微鏡を用いて測定することができる。非制限的な例として、走査型電子顕微鏡を用いて２０個の第２無機粒子に対する直径、短軸径、または長軸径をそれぞれ測定した後、その最大値および最小値を除いて計算した平均値を得ることができる。

【0064】

本発明の実施形態によれば、前記第２無機粒子は、前記第２マイクロセルロース繊維１００重量部に対して１０重量部以上、あるいは１５重量部以上；および４０重量部以下、あるいは３５重量部以下、あるいは３０重量部以下で含まれ得る。好ましくは、前記第２無機粒子は、前記第２マイクロセルロース繊維１００重量部に対して１０～４０重量部、あるいは１０～３５重量部、あるいは１５～３５重量部、あるいは１５～３０重量部で含まれ得る。

【0065】

前記第２無機粒子の成長によるマイクロセルロース繊維のフィブリル化効果および機械的物性が十分に発現できるようにするために、前記第２無機粒子は、前記第２マイクロセルロース繊維１００重量部に対して１０重量部以上、あるいは１５重量部以上で含まれることが好ましい。

【0066】

ただし、前記第２無機粒子が前記第２マイクロセルロース繊維に過剰に含まれる場合、前記高分子マトリックスとの相溶性が低下し、これによって高分子複合体の機械的物性が劣化し得る。したがって、前記第２無機粒子は、前記第２マイクロセルロース繊維１００重量部に対して４０重量部以下、あるいは３５重量部以下、あるいは３０重量部以下で含まれることが好ましい。

【0067】

優れた機械的物性の確保のために、前記第１無機粒子および前記第２無機粒子の合計は、前記高分子複合体１００重量部に対して１重量部以上であることが好ましい。ただし、過剰の無機粒子は前記高分子マトリックスとの相溶性を阻害し、これによって高分子複合体の機械的物性が低下し得る。したがって、前記第１無機粒子および前記第２無機粒子の合計は、前記高分子複合体１００重量部に対して３０重量部以下であることが好ましい。

【0068】

例えば、前記第１無機粒子および前記第２無機粒子の合計は、前記高分子複合体１００重量部に対して１重量部以上、２．５重量部以上、あるいは５重量部以上；および３０重量部以下、あるいは２５重量部以下、あるいは２０重量部以下、あるいは１５重量部以下で含まれることが好ましい。具体的には、前記第１無機粒子および前記第２無機粒子の合計は前記高分子複合体１００重量部に対して１～３０重量部、あるいは２．５～３０重量部、あるいは２．５～２５重量部、あるいは５～２５重量部、あるいは５～２０重量部、あるいは５～１５重量部で含まれる。

【0069】

本発明の実施形態によれば、前記第１マイクロセルロース繊維と、前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維とは１：０．１～１：３の重量比で前記高分子複合体に含まれ得る。

【0070】

すなわち、高分子複合体の製造コストを下げ、かつ機械的物性の改善のために、前記第２マイクロセルロース繊維は前記第１マイクロセルロース繊維を基準として０．１倍以上、あるいは０．２倍以上の重量比で前記高分子複合体に含まれることが好ましい。

【0071】

ただし、前記第１マイクロセルロース繊維に比べて前記第２マイクロセルロース繊維の含有量が過度に高くなる場合、前記高分子複合体に含まれる無機粒子の総量が相対的に増加し、これによって高分子複合体の機械的物性が低下し得る。したがって、前記第２マイクロセルロース繊維は前記第１マイクロセルロース繊維を基準として３倍以下、あるいは２．５倍以下、あるいは２倍以下、あるいは１．５倍以下、あるいは１．２倍以下、あるいは１倍以下の重量比で前記高分子複合体に含まれることが好ましい。

【0072】

好ましくは、前記第１マイクロセルロース繊維と前記第２マイクロセルロース繊維とは、１：０．１～１：３、あるいは１：０．１～１：２．５、あるいは１：０．１～１：２、あるいは１：０．１～１：１．５、あるいは１：０．２～１：１．５、あるいは１：０．２～１：１．２、あるいは１：０．２～１：１の重量比で前記高分子複合体に含まれる。

【0073】

本発明の一実施形態によれば、前記高分子複合体は、
前記高分子マトリックス３０～８０重量％、
前記第１無機粒子０．１～２０重量％、
前記第１マイクロセルロース繊維５～４０重量％；および
前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維１～３０重量％を含み得る。

【0074】

本発明の他の一実施形態によれば、前記高分子複合体は、
前記高分子マトリックス３５～７５重量％、
前記第１無機粒子１～１５重量％、
前記第１マイクロセルロース繊維１０～３５重量％；および
前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維２．５～２５重量％を含み得る。

【0075】

本発明のさらに他の一実施形態によれば、前記高分子複合体は、
前記高分子マトリックス４０～７０重量％、
前記第１無機粒子２．５～１５重量％、
前記第１マイクロセルロース繊維１５～３０重量％；および
前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維５～２０重量％を含み得る。

【0076】

適量のマトリックスを含む高分子複合体を提供できるようにするために、前記高分子マトリックスは前記高分子複合体に３０重量％以上あるいは３５重量％以上で含むことが好ましい。そして、本発明による向上した機械的物性の発現のために、前記高分子マトリックスは、前記高分子複合体に８０重量％以下、あるいは７５重量％以下で含まれることが好ましい。具体的には、前記高分子マトリックスは前記高分子複合体に３０～８０重量％、あるいは３０～７５重量％、あるいは３５～７５重量％、あるいは４０～７０重量％で含まれる。

【0077】

本発明による向上した機械的物性と改善された色相の発現のために、前記第１無機粒子は前記高分子複合体に０．１重量％以上、あるいは１重量％以上、あるいは２．５重量％以上で含まれることが好ましい。ただし、過量の無機粒子は前記高分子マトリックスとの相溶性を阻害し、これによって高分子複合体の機械的物性が低下し得る。したがって、前記第１無機粒子は前記高分子複合体に２０重量％以下、あるいは１７．５重量％以下、あるいは１５重量％以下で含まれることが好ましい。具体的には、前記第１無機粒子は前記高分子複合体に０．１～２０重量％、あるいは０．１～１７．５重量％、あるいは１～１７．５重量％、あるいは１～１５重量％、あるいは２．５～１５重量％で含まれ得る。

【0078】

本発明による向上した機械的物性の発現のために、前記第１マイクロセルロース繊維は、前記高分子複合体に５重量％以上、あるいは１０重量％以上、あるいは１５重量％以上で含まれることが好ましい。ただし、過量の補強材は前記高分子マトリックスとの相溶性を阻害し、これによって高分子複合体の機械的物性が低下し得る。したがって、前記第１マイクロセルロース繊維は、前記高分子複合体に４０重量％以下、あるいは３５重量％以下、あるいは３０重量％以下で含まれることが好ましい。具体的には、前記第１マイクロセルロース繊維は前記高分子複合体に５～４０重量％、あるいは５～３５重量％、あるいは１０～３５重量％、あるいは１０～３０重量％、あるいは１５～３０重量％で含まれ得る。

【0079】

そして、本発明による向上した機械的物性と改善された色相の発現のために、前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維は前記高分子複合体に１重量％以上、あるいは２．５重量％以上、あるいは５重量％以上で含まれることが好ましい。ただし、過剰の補強材は前記高分子マトリックスとの相溶性を阻害し、これによって高分子複合体の機械的物性が低下し得る。したがって、前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維は前記高分子複合体に３０重量％以下、あるいは２５重量％以下、あるいは２０重量％以下で含まれることが好ましい。具体的には、前記第２マイクロセルロース繊維は前記高分子複合体に１～３０重量％、あるいは１～２５重量％、あるいは２．５～２５重量％、あるいは２．５～２０重量％、あるいは５～２０重量％で含まれる。

【0080】

一方、前記高分子複合体は、前記高分子マトリックス上に分散した相溶化剤をさらに含むことができる。前記相溶化剤は、前記高分子マトリックスと前記第１マイクロセルロース繊維および前記第２マイクロセルロース繊維が互いによく配合されるように助ける成分である。

【0081】

前記相溶化剤としては、前記高分子マトリックスの具体的な種類を考慮して、本発明の属する技術分野で知られているものを使用することができる。

【0082】

好ましくは、前記相溶化剤は変性ポリオレフィンであり得る。前記変性ポリオレフィンは、不飽和カルボン酸またはその誘導体としてポリオレフィンを変性した樹脂を意味する。

【0083】

前記変性ポリオレフィンを形成する前記ポリオレフィンは、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、およびヘプテンなどの鎖状オレフィン；シクロペンテン、シクロヘキセン、および１，３－シクロペンタジエンなどの環状オレフィン；スチレンなどの芳香族環で置換されたオレフィンであり得る。

【0084】

前記変性ポリオレフィンを形成する前記不飽和カルボン酸は、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、アコニット酸、およびこれらの無水物であり得る。

【0085】

非制限的な例として、前記変性ポリオレフィンはマレイン酸無水物で０．１～１０重量％がグラフトされたポリプロピレンまたはポリエチレンであり得る。

【0086】

このような変性ポリオレフィンは、セルロース繊維の高分子マトリックスに対する相溶性をより一層向上させて高分子複合体の機械的物性をさらに向上させることができる。

【0087】

適切な相溶性が発現できるようにするために、前記相溶化剤は、前記高分子複合体に０．１重量％以上、あるいは１重量％以上、あるいは５重量％以上で含まれる。ただし、過剰の相溶化剤は、前記高分子複合体の機械的物性を劣化させ得る。したがって、前記相溶化剤は、前記高分子複合体に１５重量％以下、あるいは１０重量％以下で含まれることが好ましい。具体的には、前記相溶化剤は、前記高分子複合体に０．１～１５重量％、あるいは１～１５重量％、あるいは１～１０重量％、あるいは５～１０重量％で含まれる。

【0088】

本発明の実施形態によれば、前記高分子複合体は、上述した成分をミキサーで混合した後に硬化して得られる。また、前記第１無機粒子、前記第１マイクロセルロース繊維、および前記ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維を混合した補強材混合物を準備し、前記補強材混合物を前記高分子マトリックスと混合する方法で前記高分子複合体を準備する。非制限的な例として、上述した成分を１００～１８０℃のバッチミキサで混合した後、ペレット形態のマスターバッチを製造し、前記マスターバッチを押出機に投入して押出および射出することによって前記高分子複合体が得られる。

【0089】

本発明の実施形態によれば、前記高分子複合体は上述した成分を含むことで、環境に優しくかつ向上した機械的物性を示すことができる。

【0090】

一例として、前記高分子複合体は、前記高分子複合体からなるＡＳＴＭ Ｄ６３８－５規格のドッグボーン（ｄｏｇ－ｂｏｎｅ）形態の試験片（またはダンベル形態の試験片（ｄｕｍｂｂｅｌｌ－ｓｈａｐｅｄ ｓｐｅｃｉｍｅｎ））に対してＡＳＴＭ Ｄ６３８－５の標準試験法に従って測定された、２５ＭＰａ以上あるいは５０ＭＰａ以上の引張強度を有することができる。好ましくは、前記高分子複合体は、２５ＭＰａ～７０ＭＰａ、あるいは３０ＭＰａ～７０ＭＰａ、あるいは３０ＭＰａ～６５ＭＰａ、あるいは４０ＭＰａ～６５ＭＰａ、あるいは５０ＭＰａ～６５ＭＰａの前記引張強度を示すことができる。

【0091】

ＡＳＴＭ Ｄ６３８はプラスチックの引張特性を決めるための標準試験法を提供する。前記高分子複合体に対する引張特性はＡＳＴＭ Ｄ６３８の試験片タイプ５により行われる。ＡＳＴＭ Ｄ６３８は前記試験片に引張力を加え、応力下で試験片の引張特性を測定することで行われる。これは通常の引張試験機で前記試験片が破損（降伏または破断）するまで１～５００ｍｍ／ｍｉｎの範囲の一定の引張速度で行われる。前記引張強度は、前記試験片が降伏または破断するまで加わる力の量である。

【0092】

さらに他の一例として、前記高分子複合体は、前記高分子複合体からなる大きさ８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの試験片に対してＩＳＯ １７８の標準試験法に従って測定された、６０ＭＰａ以上の曲げ強度を有することができる。好ましくは、前記高分子複合体は６０ＭＰａ～９５ＭＰａ、あるいは６０ＭＰａ～９０ＭＰａ、あるいは６２．５ＭＰａ～９０ＭＰａ、あるいは６２．５ＭＰａ～８９ＭＰａの前記曲げ強度を示すことができる。

【0093】

また、前記高分子複合体は、前記高分子複合体からなる大きさ８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの試験片に対してＩＳＯ １７８の標準試験法に従って測定された、２．０ＧＰａ以上の曲げ弾性率を有することができる。好ましくは、前記高分子複合体は２．０ＧＰａ～４．０ＧＰａ、あるいは２．０ＧＰａ～３．８ＧＰａ、あるいは２．５ＧＰａ～３．８ＧＰａ、あるいは２．５ＧＰａ～３．５ＧＰａの前記曲げ弾性率を示すことができる。

【0094】

ＩＳＯ １７８は三点曲げ試験を行ってプラスチックに対する曲げ特性を決める標準試験法を提供する。三点曲げ試験は両端から自由に支持する長方形試験片の中間点（ｍｉｄｐｏｉｎｔ）に力を加える。この時、加えられた力はロードセル（ｌｏａｄ ｃｅｌｌ）により測定され、それによるたわみ（ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）はクロスヘッド変位（ｃｒｏｓｓｈｅａｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）または直接ストレイン測定装置（ｄｉｒｅｃｔ ｓｔｒａｉｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ）により測定される。これは通常の曲げ試験機で前記試験片に１～５００ｍｍ／ｍｉｎの範囲の一定の速度で力を加えて行われる。前記曲げ強度（ｆｌｅｘｕｒａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）は曲げ試験中に得られた最大曲げ応力（ｍａｘｉｍｕｍ ｆｌｅｘｕｒａｌ ｓｔｒｅｓｓ）である。前記曲げ応力は適用された荷重、スパン（ｓｐａｎ）、試験片の幅、および試験片の厚さの関数として、曲げ試験機により測定される。

【0095】

さらに他の一例として、前記高分子複合体は、ＡＳＴＭ Ｄ２５６規格のノッチ付き６３．５ｍｍ×１２．７ｍｍ×３．２ｍｍの試験片に対してＡＳＴＭ Ｄ２５６の標準試験法（２３℃、ｈａｍｍｅｒ ｈｅａｄ ３．００Ｊ）に従って測定された、２０Ｊ／ｍ以上のアイゾット衝撃強度を有することができる。具体的には、前記高分子複合体は、２０Ｊ／ｍ以上、あるいは２４Ｊ／ｍ以上、あるいは２５Ｊ／ｍ以上；および５０Ｊ／ｍ以下、あるいは４５Ｊ／ｍ以下、あるいは４０Ｊ／ｍ以下、あるいは３５Ｊ／ｍ以下の前記アイゾット衝撃強度を有することができる。好ましくは、前記高分子複合体は２０Ｊ／ｍ～５０Ｊ／ｍ、あるいは２０Ｊ／ｍ～４５Ｊ／ｍ、あるいは２４Ｊ／ｍ～４５Ｊ／ｍ、あるいは２５Ｊ／ｍ～４５Ｊ／ｍ、あるいは２５Ｊ／ｍ～４０Ｊ／ｍ、あるいは２５Ｊ／ｍ～３５Ｊ／ｍの前記アイゾット衝撃強度を示すことができる。

【0096】

さらに他の一例として、前記高分子複合体は２５ＭＰａ～７０ＭＰａである前記引張強度、６０ＭＰａ～９５ＭＰａである前記曲げ強度、および２０Ｊ／ｍ～５０Ｊ／ｍである前記アイゾット衝撃強度を有することができる。

【0097】

さらに他の一例として、前記高分子複合体は３０ＭＰａ～６５ＭＰａである前記引張強度、６０ＭＰａ～９０ＭＰａである前記曲げ強度、および２４Ｊ／ｍ～４５Ｊ／ｍである前記アイゾット衝撃強度を有することができる。

【0098】

さらに他の一例として、前記高分子複合体は５０ＭＰａ～６５ＭＰａである前記引張強度、６２．５ＭＰａ～８９ＭＰａである前記曲げ強度、および２０Ｊ／ｍ～３５Ｊ／ｍである前記アイゾット衝撃強度を有することができる。

【0099】

さらに他の一例として、前記高分子複合体は５０ＭＰａ～６５ＭＰａである前記引張強度、６５ＭＰａ～８９ＭＰａである前記曲げ強度、および２５Ｊ／ｍ～３５Ｊ／ｍである前記アイゾット衝撃強度を有することができる。

【0100】

一方、本発明の他の一実施形態によれば、高分子複合体を含む成形品が提供される。

【0101】

前記成形品は、前記高分子複合体を含むことで、環境に優しくかつ優れた機械的物性を示すことができる。

【0102】

前記成形品は、前記高分子複合体を原料として使用して通常の加工方法で製造することもできる。例えば、前記成形品は、前記高分子複合体を含む原料組成物を使用して射出成形、押出成形、カレンダー成形などにより得られる。

【0103】

一例として、前記高分子複合体を含む成形品は、射出成形により製造することができる。可塑化段階と流動段階により溶融した前記高分子複合体をプランジャー（ｐｌｕｎｇｅｒ）により金型のキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）に満たし、それを固める冷却段階を経る。前記金型には圧力センサ、温度センサ、ホットランナシステム（ｈｏｔ ｒｕｎｎｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）などが備えられる。溶融した材料を固めるための冷却ラインが別に存在し得る。プランジャーが後退し、エジェクタピンを用いて固まった成形品が金型から分離される。

【0104】

好ましくは、前記成形品は、自動車用内装材または自動車用外装材などの自動車用軽量素材であり得る。例えば、前記成形品は、ダッシュボード（ｄａｓｈｂｏａｒｄ）、ドアトリム（ｄｏｏｒ ｔｒｉｍ）、バッテリートレイ（ｂａｔｔｅｒｙ ｔｒａｙ）、バンパー（ｂｕｍｐｅｒ）、ラッゲージトリム（ｌｕｇｇａｇｅ ｔｒｉｍ）、ドアオープニングトリム（ｄｏｏｒ ｏｐｅｎｉｎｇ ｔｒｉｍ）、ヘッドライナー（ｈｅａｄｌｉｎｅｒ）、リアシェルフ（ｒｅａｒ ｓｈｅｌｆ）、トノカバー（ｔｏｎｎｅａｕ ｃｏｖｅｒ）、サンバイザー（ｓｕｎ ｖｉｓｏｒ）、アシストグリップ（ａｓｓｉｓｔ ｇｒｉｐ）、コンソールボックス（ｃｏｎｓｏｌｅ ｂｏｘ）、フェンダーパネル（ｆｅｎｄｅｒ ｐａｎｅｌ）、オイルパン（ｏｉｌ ｐａｎ）、ホイールハウス（ｗｈｅｅｌ ｈｏｕｓｅ）、サイドスカート（ｓｉｄｅ ｓｋｉｒｔ）、ガーニッシュ（ｇａｒｎｉｓｈ）、電装部品（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐａｒｔｓ）、エンジンカバー（ｅｎｇｉｎｅ ｃｏｖｅｒ）、シートベルトカバー（ｓｅａｔ ｂｅｌｔ ｃｏｖｅｒ）、スイッチボタン（ｓｗｉｔｃｈ ｂｕｔｔｏｎ）、およびセンターフェイシア（ｃｅｎｔｅｒ ｆａｃｉａ）からなる群より選択される１種以上の自動車用内外装材であり得る。

【0105】

また、前記成形品は、家電製品の内外装材、包装材など多様な分野に適用することができる。

【発明の効果】

【0106】

本発明による高分子複合体は、補強材としてセルロース繊維を含み、環境に優しくかつ優れた機械的物性を示すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0107】

【図1】（ａ）フィブリル化されていないマイクロセルロース繊維、および（ｂ）ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含むマイクロセルロース繊維を拡大して模式的に示す図である。

【図2】製造例２による、第２無機粒子の成長によりフィブリル化されたセルロース繊維に対する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。

【図3】製造例２による、第２無機粒子の成長によりフィブリル化されたセルロース繊維に対する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。

【図4】（ａ）製造例３によるフィブリル化されたマイクロセルロース繊維と、（ｂ）製造例４による粒子と複合化された微細化セルロース繊維のＳＥＭイメージを比較して示す図である。

【図5】図４による（ａ）と（ｂ）をさらに高倍率で撮影したＳＥＭイメージである。

【図6】ＡＳＴＭ Ｄ６３８のタイプ５（Ｔｙｐｅ Ｖ）による引張強度測定用ｄｏｇ－ｂｏｎｅ形態の試験片（またはｄｕｍｂｂｅｌｌ－ｓｈａｐｅｄ ｓｐｅｃｉｍｅｎ）の規格を示す図である（単位：ｍｍ）。

【発明を実施するための形態】

【0108】

以下、本発明の具体的な実施例により発明の作用、効果についてより具体的に説明する。ただし、これは発明の理解を助けるための例示として提示されたものであり、発明の権利範囲はこれによっていかなる意味でも限定されない。

【実施例】

【0109】

製造例１
（第１マイクロセルロース繊維の準備）
セルロース原料として広葉樹クラフトパルプ（セルロース繊維）を準備した。蒸留水１０００ｇに前記パルプ２０ｇを投入し、湿式状態でミキサーで３回粉砕した後に減圧濾過して第１マイクロセルロース繊維（１５μｍ～３０μｍである直径および０．２ｍｍ～２ｍｍの長さ）を準備した。

【0110】

製造例２
（ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む第２マイクロセルロース繊維の製造）
セルロース原料として広葉樹クラフトパルプ（セルロース繊維）を準備した。蒸留水１０００ｇに酢酸亜鉛２０ｇを溶解した水溶液を準備した。前記水溶液に前記パルプ２０ｇを添加し、５００ｒｐｍで２時間攪拌して混合物を得た。

【0111】

前記混合物に還元剤として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）７．２ｇを常温で添加し、５００ｒｐｍで２時間攪拌してパルプ上に第２無機粒子（ＺｎＯ）を成長させた。前記第２無機粒子の含有量は、前記パルプ１００重量部に対して２７重量部であることが確認された。

【0112】

走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により確認した結果、図２の（ａ）のように第２無機粒子（ＺｎＯ）が成長したパルプ部分はフィブリル化が起こったことを確認することができた。ＳＥＭイメージを分析した結果、前記第２無機粒子は約０．１μｍ～１μｍの粒径を有することが確認された。

【0113】

前記方法でナノフィブリルおよび第２無機粒子を含むマイクロセルロース繊維を得た。

【0114】

製造例３
（ナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む第２マイクロセルロース繊維の製造）
セルロース原料として針葉樹クラフトパルプ繊維（セルロース繊維）を準備した。蒸留水１０００ｇに酢酸亜鉛２０ｇを溶解した水溶液に前記パルプ繊維２０ｇを添加し、５００ｒｐｍで２時間攪拌して混合物を準備した。前記混合物で、膨潤されたパルプ繊維上には酢酸亜鉛が水素結合やイオン結合により付着した。

【0115】

前記混合物に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）３．６ｇを常温で添加し、５００ｒｐｍで２時間攪拌してパルプ繊維上に第２無機粒子（ＺｎＯ）を成長させた。前記第２無機粒子の含有量は、前記パルプ１００重量部に対して１５重量部であることが確認された。

【0116】

走査型電子顕微鏡により確認した結果、図４の（ａ）および図５の（ａ）のように、粒子（ＺｎＯ）が成長したパルプ繊維部分はフィブリル化が起こったことを確認することができた。

【0117】

前記方法でナノフィブリルおよび第２無機粒子を含むマイクロセルロース繊維を得た。

【0118】

製造例４
（微細化セルロース繊維の製造）
セルロース原料として前記実施例１と同じ針葉樹クラフトパルプ繊維を準備した。２，２，６，６－テトラメチルピペリジニル－１－オキシラジカル（ＴＥＭＰＯ）を触媒として用いて前記パルプ繊維の表面を酸化して、酸化パルプを得た。

【0119】

前記酸化パルプ１ｇを９９ｇの蒸留水に分散させ、ミキサーで３０分間微細化（解繊）処理して濃度１％の微細化セルロース水分散液を得た。

【0120】

蒸留水１０００ｇに酢酸亜鉛２０ｇを溶解した酢酸亜鉛水溶液を準備した。水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）３．６ｇを蒸留水１０ｍｌに溶解して水酸化ナトリウム水溶液を準備した。

【0121】

前記微細化セルロース水分散液１００ｇを１５℃下で攪拌しながら前記酢酸亜鉛水溶液５０ｍｌおよび前記水酸化ナトリウム水溶液１０ｍｌを添加し、５００ｒｐｍで２時間攪拌して酸化亜鉛（ＺｎＯ）粒子と微細化セルロースの複合体を製造した。

【0122】

走査型電子顕微鏡を用いて確認した結果、図４の（ｂ）および図５の（ｂ）のように、製造例４による酸化亜鉛粒子と微細化セルロースの前記複合体は微細化セルロースの間の結合力と凝集が強いためナノ繊維が固まっており、粒子の分散度が劣ることを確認することができた。

【0123】

実施例１
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例１による第１マイクロセルロース繊維２０重量％、前記製造例２によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む第２マイクロセルロース繊維１０重量％、ポリプロピレン５５重量％、第１無機粒子（酸化チタン、平均粒径３５０ｎｍ）５重量％、および相溶化剤１０重量％を投入し、１８０℃で２０分間混合してペレット形態にマスターバッチを製造した。前記相溶化剤としてはマレイン酸無水物でグラフトされたポリプロピレン（ｍａｌｅｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ－ｇｒａｆｔｅｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）が使用された。

【0124】

前記マスターバッチをツインスクリュー押出機に投入してコンパウンディング工程を行って押出した。前記押出により得られた混合物を再び射出機に投入した後に射出して高分子複合体の試験片と成形品（自動車用ラッゲージトリム）を得た。

【0125】

実施例２
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例１による第１マイクロセルロース繊維１５重量％、前記製造例２によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維１５重量％、ポリプロピレン５５重量％、第１無機粒子（酸化チタン、平均粒径３５０ｎｍ）５重量％、および相溶化剤１０重量％を投入したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で高分子複合体の試験片と成形品を得た。

【0126】

実施例３
前記製造例２によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維の代わりに前記製造例３によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維を使用したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で高分子複合体の試験片と成形品を得た。

【0127】

実施例４
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例１による第１マイクロセルロース繊維２５重量％、前記製造例２によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維５重量％、ポリプロピレン５５重量％、第１無機粒子（酸化チタン、平均粒径３５０ｎｍ）５重量％、および相溶化剤１０重量％を投入し、１８０℃で２０分間混合してペレット形態にマスターバッチを製造した。前記相溶化剤としてはマレイン酸無水物でグラフトされたポリプロピレン（ｍａｌｅｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ－ｇｒａｆｔｅｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）が使用された。

【0128】

前記マスターバッチをツインスクリュー押出機に投入してコンパウンディング工程を行って押出した。前記押出により得られた混合物を再び射出機に投入した後射出して高分子複合体の試験片と成形品（自動車用ラッゲージトリム）を得た。

【0129】

実施例５
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例１による第１マイクロセルロース繊維２０重量％、前記製造例２によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維１０重量％、ポリプロピレン５７．５重量％、第１無機粒子（酸化チタン、平均粒径３５０ｎｍ）２．５重量％、および相溶化剤１０重量％を投入したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で高分子複合体の試験片と成形品を得た。

【0130】

実施例６
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例１による第１マイクロセルロース繊維２０重量％、前記製造例２によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維１０重量％、ポリプロピレン５２．５重量％、第１無機粒子（酸化チタン、平均粒径３５０ｎｍ）７．５重量％、および相溶化剤１０重量％を投入したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で高分子複合体の試験片と成形品を得た。

【0131】

実施例７
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例１による第１マイクロセルロース繊維２０重量％、前記製造例２によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維１０重量％、ポリプロピレン５０重量％、第１無機粒子（酸化チタン、平均粒径３５０ｎｍ）１０重量％、および相溶化剤１０重量％を投入したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で高分子複合体の試験片と成形品を得た。

【0132】

実施例８
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例１による第１マイクロセルロース繊維３０重量％、前記製造例２によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維１５重量％、ポリプロピレン４０重量％、第１無機粒子（酸化チタン、平均粒径３５０ｎｍ）５重量％、および相溶化剤１０重量％を投入したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で高分子複合体の試験片と成形品を得た。

【0133】

実施例９
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例１による第１マイクロセルロース繊維１５重量％、前記製造例２によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維２０重量％、ポリプロピレン５０重量％、第１無機粒子（酸化チタン、平均粒径３５０ｎｍ）１０重量％、および相溶化剤５重量％を投入したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で高分子複合体の試験片と成形品を得た。

【0134】

比較例１
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例１による第１マイクロセルロース繊維２０重量％、前記製造例２によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維１０重量％、ポリプロピレン６０重量％、および相溶化剤１０重量％を投入したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で高分子複合体の試験片と成形品を得た。

【0135】

比較例２
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例１に使用された広葉樹クラフトパルプ（セルロース繊維）を水に浸して膨潤させたもの３０重量％、ポリプロピレン６０重量％および相溶化剤１０重量％を投入したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で高分子複合体の試験片と成形品を得た。

【0136】

比較例３
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例２によるナノフィブリルおよび第２無機粒子を含む前記第２マイクロセルロース繊維３０重量％、ポリプロピレン６０重量％、および相溶化剤１０重量％を投入したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で高分子複合体の試験片と成形品を得た。

【0137】

比較例４
バッチミキサ（Ｂａｔｃｈ ｍｉｘｅｒ）に前記製造例４による微細化セルロース繊維３０重量％、ポリプロピレン６０重量％および相溶化剤１０重量％を投入したことを除いて、前記実施例１と同様の方法で高分子複合体の試験片と成形品を得た。

【0138】

試験例
（１）繊維の直径
走査型電子顕微鏡を用いて製造例によるセルロース繊維の直径を測定した。

【0139】

具体的には、マイクロセルロース繊維の場合、各サンプル当たりマイクロ繊維１０個の直径を測定して最大値および最小値を除いて範囲で表示し；ナノフィブリルの場合、各サンプル当たりナノフィブリル２０個の直径を測定して最大値および最小値を除いて範囲で表示した。

【0140】

しかも、実施例とは異なり、製造例４はパルプ繊維を微細化（解繊）処理した後に粒子と複合化したもので、下記表１中、製造例４のナノフィブリルの直径は、粒子と複合化した後の微細化セルロースの直径を意味する。

【0141】

（２）引張試験
ＡＳＴＭ Ｄ６３８の試験片タイプ５（Ｔｙｐｅ Ｖ）の規格による以下の試験片（図６）を準備した。前記試験片は２３℃の温度および５０％の相対湿度に調整された恒温恒湿室に２４時間放置した後、引張試験に提供された。

【0142】

前記試験片に対してインストロン（Ｉｎｓｔｒｏｎ）社製の万能試験機（ＵＴＭ）を用いてＡＳＴＭ Ｄ６３８の標準試験法に従って引張強度（ＭＰａ）、引張弾性率（ＧＰａ）および破断伸び率（％）を測定した。ＡＳＴＭ Ｄ６３８の標準試験法に基づいて前記試験片を両端で掴むグリップ（ｇｒｉｐ）の間隔は２５．４ｍｍに設定してクロスヘッド速度５ｍｍ／ｍｉｎの一定の引張速度下で行われた。

【0143】

（３）曲げ試験
ＩＳＯ １７８の標準試験法に従って８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍ規格の試験片を準備した。前記試験片は２３℃の温度および５０％の相対湿度に調整された恒温恒湿室に２４時間放置した後、曲げ試験に提供された。

【0144】

前記試験片に対してインストロン（Ｉｎｓｔｒｏｎ）社製の万能試験機（ＵＴＭ）を用いてＩＳＯ １７８の標準試験法に従って曲げ強度（ＭＰａ）、曲げ弾性率（ＧＰａ）および曲げ破断変形（％）を測定した。ＩＳＯ １７８に基づいて、三点曲げ試験治具を用いて支持スパン（ａ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ｓｐａｎ）を４６ｍｍに設定し、クロスヘッド速度５ｍｍ／ｍｉｎの試験条件で曲げ試験を行った。

【0145】

（４）衝撃強度
ＡＳＴＭ Ｄ２５６規格のノッチ付きサイズ６３．５ｍｍ×１２．７ｍｍ×３．２ｍｍの試験片を準備した。前記試験片に対してＤｉｇｉｔａｌ ｉｍｐａｃｔ ｔｅｓｔｅｒ(ＱＭ（７００Ａ）、ＱＭＥＳＹＳ製造）を用いてＡＳＴＭ Ｄ２５６の標準試験法（２３℃、ｈａｍｍｅｒ ｈｅａｄ ３．００Ｊ）によりアイゾット衝撃強度を測定した。

【0146】

【表1】

【0147】

【表2】

【0148】

【表3】

【0149】

【表4】

【0150】

上記表２～４を参照すると、前記実施例による高分子複合体は、前記比較例による高分子複合体に比べて同等または向上した引張物性を有し、かつ優れた衝撃強度および曲げ特性を有することが確認された。

【0151】

製造例４で製造されたセルロース繊維は、微細化セルロース上に粒子が成長しているにも関わらず、比較例４で高分子マトリックスと複合化する場合、むしろ微細化セルロースと粒子の再凝集が過度に発生した。再凝集により劣った分散性を示した比較例４の試験片は全般的に劣った物性を示した。

【符号の説明】

【0152】

１００、１００’ マイクロセルロース繊維
１１ ナノフィブリル
２０ 第２無機粒子

【図1(a)】

【図1(b)】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図3(a)】

【図3(b)】

【図4(a)】

【図4(b)】

【図5(a)】

【図5(b)】

【図6】