京都バイオ産業技術フォーラム京都バイオ産業創出支援プロジェクト連携事業第 4 回バイオ材料プロジェクト第 144 回京都大学生存圏シンポジウム平成 22 年 3 月 15 日 ( 月 ) 京都大学宇治キャンパス宇治おうばくホール主催 : 財団法人京都高度技術研究所京都大学生存圏研究所京

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たみじろうかみこ
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京都バイオ産業創出支援プロジェクト後援 : 経済産業省近畿経済産業局 ( 独 )

バイオインダストリー協会 ( 財 ) 化学技術戦略推進機構京都府京都商工会議所 ( 社

1 京都バイオ産業技術フォーラム京都バイオ産業創出支援プロジェクト連携事業第 4 回バイオ材料プロジェクト第 144 回京都大学生存圏シンポジウム平成 22 年 3 月 15 日 ( 月 ) 京都大学宇治キャンパス宇治おうばくホール主催 : 財団法人京都高度技術研究所京都大学生存圏研究所京都市京都バイオ産業技術フォーラム京都バイオ産業創出支援プロジェクト後援 : 経済産業省近畿経済産業局 ( 独 ) 新エネルギー産業技術総合開発機構京都工芸繊維大学繊維科学センター ( 財 ) バイオインダストリー協会 ( 財 ) 化学技術戦略推進機構京都府京都商工会議所 ( 社 ) 京都工業会京都産学公連携機構 NPO 法人近畿バイオインダストリー振興会議文部科学省知的クラスター創成事業京都環境ナノクラスター

2 第 4 回バイオ材料プロジェクト第 144 回京都大学生存圏シンポジウム < プログラム > 百年前を振り返り次の百年を目指すバイオ材料を次世代基幹産業の柱のひとつに 13:30-13:35 ご挨拶経済産業省近畿経済産業局地域経済部部長国吉浩氏 13:35-13:50 はじめに財団法人京都高度技術研究所専務理事白須正 13:50-14:50 講演 1 Nanocellulosic materials - inspiration, achievements and future developments ナノセルロース材料 - 着想現状将来的発展 - Wallenberg Wood Science Center, Royal Institute of Technology スウェーデン王立工科大学ワレンバーグ木材科学センター教授 Prof. Lars Berglund 氏 ( 通訳 : 矢野浩之氏 ) 14:50-15:30 講演 2 バイオベースマテリアルの開発動向: 最近の話題を中心に京都工芸繊維大学大学院工芸科学研究科生体分子工学部門教授繊維科学センター長木村良晴氏 15:30-15:45 休憩 15:45-17:40 NEDO 大学発事業創出実用化研究開発事業変性バイオナノファイバーの製造および複合化技術開発成果発表発表 1 プロジェクトの概要京都大学生存圏研究所教授矢野浩之氏発表 2 バイオナノファイバー製造技術の開発日本製紙ケミカル株式会社橋本唯史氏発表 3 バイオナノファイバー強化不飽和ポリエステル樹脂材料の開発星光 PMC 株式会社佐藤明弘氏発表 4 バイオナノファイバー強化 PP 樹脂材料の開発王子製紙株式会社鈴木勝人氏発表 5 バイオナノファイバー強化ゴム材料の開発住友ゴム工業株式会社磯部行夫氏発表 6 バイオナノファイバー複合材料高機能化技術の開発京都市産業技術研究所工業技術センター研究部長北川和男氏発表 7 バイオナノファイバー研究の今後京都大学生存圏研究所特任教授中坪文明氏 17:40-17:45 閉会挨拶 17:50-19:30 交流会

3 2010/3/15 第 4 回ハイオ材料フロシェクト第 144 回京都大学生存圏シンホシウム H19-H21 NEDO 大学発事業創出実用化研究開発事業変性バイオナノファイバーの製造および複合化技術開発京都大学京都市産業技術研究所京都市産業技術研究所産業技術総合研究所バイオマス研究センター王子製紙 ( 株 ) 日本製紙 ( 株 ) 日本製紙ケミカル ( 株 ) 三菱化学 ( 株 ) DIC( 株 ) 星光 PMC( 株 ) 住友ゴム工業 ( 株 ) 木材の構造セルロースナノファイバーヘミセルロースリグニン細胞構造 10-50μm 爪楊枝細胞壁構造ナノファイバー構造 10-20nm

バイオナノファイバーを用いて鋼鉄並みの強度を有する環境対応型バイオ材料の開発に成功しましたさらに透明樹脂と複合しガラス並に熱膨張が小さいフレキシブル透明材料を開発しましたまた

4 未来を拓くバイオナノファイバーバイオナノファイバー (BNF) : 環境対応大型新素材 BNF( セルロースナノファイバー ) はすべての植物の基本骨格物質で一兆トンを越える蓄積がある鋼鉄の1/5の軽さで鋼鉄の5 倍の強度ガラスの1/50 の低線熱膨張を有するスーパーナノファイバーですバイオナノファイバー 10-20nm 1 兆トンの蓄積京都大学ではバイオナノファイバーを用いて鋼鉄並みの強度を有する環境対応型バイオ材料の開発に成功しましたさらに透明樹脂と複合しガラス並に熱膨張が小さいフレキシブル透明材料を開発しましたまた並行してすべての植物資源から均一ナノファイバーを製造する技術開発を進めてきました様々なナノファイバー源 H19 年度 NEDO 国際共同研究先導調査より木材稲ワラ砂糖キビキャッサバ砂糖ダイコンジャガイモ

5 様々な植物資源からのナノファイバー (H18,H19年度ＮＥＤＯ国際共同研究先導調査) 木材ダグラスファー稲ワラ砂糖キビ絞りかすバガスキャッサバ絞りかす砂糖ダイコン絞りかすジャガイモ絞りかす激化する世界のバイオナノファイバー材料研究マックギル大学ラバル大学ナノセルロース開発センター発足米国林産物研究所所長トップダウンＰＪ億円トロント大学グループ 18億円予備研究を終え100億円PJ 申請中発足 Wood Science Center KTH/Chalmers大学グループスウェーデン発足:50人 65億円発足:50人 65億円メｰン州立大学 AEWC Center: 5億円予備研究を終え50億円PJ申請中ナノセルロースセンター VTT/TKK/UPMグループフィンランド) 発足:40人, 65億円ドイツフランスと共同でBNF製造ドイツフランスと共同でBNF製造スケールアップのためのＰＪ開始 14億円 3年 CERMAVグループ (フランス基礎研究ノースキャロライナ州立大ミシガン州立大テネシー州立大オレゴン州立大等世界の動向日本の強み３５年が勝負基礎研究はフランス日本がリードしかし研究体制は北欧それを北米がナノセルロース微結晶を中心に急迫日本には製紙産業化学産業に加え垂直連携可能な自動車産業ＩＴ産業繊維産業がある環境材料技術としてこれらの産業基盤をＢＮＦ材料で補強できる東京大学グループ磯貝教授九州大学グループ近藤教授京都大学グループセルロース発展型植物系複合材料ＷＰＣ発展型紙パルプ発展型

NEDO 大学発事業創出プロジェクト H19-21 目的バイオナノファイバー (BNF) に関する京都大学シーズ技術を用い PP 樹脂

複合化技術の開発体制産官学異業種垂直連携 DIC 開発する技術の新規性優位性 / 実用化する製品の優位性開発する技術の新規性優位性新規性 : 変性 BNF

不飽和ポリエステル樹脂とのナノ複合化が実用化レベルで可能に ( 世界初 ) 実用化する製品の優位性植物由来の環境対応材料安価軽量高強度低熱膨張フレキシブル性可能

6 NEDO 大学発事業創出プロジェクト H19-21 目的バイオナノファイバー (BNF) に関する京都大学シーズ技術を用い PP 樹脂ゴムおよび不飽和ポリエステル樹脂との複合化に優れた変性 BNFの製造ならびにその複合化技術の実用化研究開発を行う 1. 変性 BNF の製造 2. 複合化技術の開発体制産官学異業種垂直連携 DIC 開発する技術の新規性優位性 / 実用化する製品の優位性開発する技術の新規性優位性新規性 : 変性 BNF 原料から複合体製造までのトータル制御優位性 : 低コストでの変性 BNF 製造が可能に ( 世界初 ) セルロース ( 親水性 ) と極性が大きく異なるPP 樹脂ゴム不飽和ポリエステル樹脂とのナノ複合化が実用化レベルで可能に ( 世界初 ) 実用化する製品の優位性植物由来の環境対応材料安価軽量高強度低熱膨張フレキシブル性可能意匠性 ( 色平滑性 ) に優れる複合材料フィラーとしての特性比較 BNF GF CF セルロース繊維強度軽量化密度コスト CO 2 削減量植物由来焼却適性意匠性 ( 粗い ) 黒い ( 粗い )

バイオナノファイバーの製造技術の開発日本製紙ケミカル株式会社橋本唯史 ( 京都大学出向 ) 京都大学生存圏研究所矢野浩之中坪文明 Yeni Yanuar Jilani Tahsin 二軸押出機 (15mm 径 L/D=45) 石油資源の枯渇や地球温暖化ガスの問題から植物資源の利用検討が活発化している近年京都大学のシーズ技術として効率の良い植物のナノ繊維化技術が開発され得られる

予備解繊 ) 二軸押出機 (BNF の製造 ) シート化 BNF/PP 樹脂 BNF/ ゴム BNF/ 不飽和ポリエステル樹脂濾水時間 (0 0.33%,600cc)( 秒 ) 700 600 500 400 300 200 100 0 y = 3572x -0.

7 バイオナノファイバーの製造技術の開発日本製紙ケミカル株式会社橋本唯史 ( 京都大学出向 ) 京都大学生存圏研究所矢野浩之中坪文明 Yeni Yanuar Jilani Tahsin 二軸押出機 (15mm 径 L/D=45) 石油資源の枯渇や地球温暖化ガスの問題から植物資源の利用検討が活発化している近年京都大学のシーズ技術として効率の良い植物のナノ繊維化技術が開発され得られる BNFに構造材料としての優れた特徴が見出されている植物繊維のナノ解繊技術はその基幹技術として広範な応用が期待できることから本プロジェクトでは均一ナノ解繊技術の開発を進めてきたその結果京都大学が保有している二軸押出機を用い既存の解繊技術をさらに発展させ均一にナノ解繊された新規な変性 BNF 及びその効率的な製造方法を見出すことに成功したパルプ ( 製紙会社 ) リファイナー ( 予備解繊 ) 二軸押出機 (BNF の製造 ) シート化 BNF/PP 樹脂 BNF/ ゴム BNF/ 不飽和ポリエステル樹脂濾水時間 (0 0.33%,600cc)( 秒 ) y = 3572x H-2( 高圧ホモシナイサー品 2) シート引引張強度 (MPa) H-1( 高圧ホモシナイサー品 1) 40 C G E D 0 F B A 二軸処理速度 (g/h) 20 図 1 BNF の生産性とろ水性の関係図 2 各種 BNF の紙力強度二軸押出機のスクリュー条件を改変して (A~G) BNF を製造原料流れを抑制し解繊負荷を高めれば BNF スラリーのろ水時間が長くなり ( 図 1) 紙力強度も向上する ( 図 2) しかしそれに伴い BNF の生産性は大きく低下解繊負荷を上げてナノ化を進め紙力強度を更に高めることは可能であるが逆に BNF の生産性を悪化させることになる高効率で且つ均一に解繊されたナノ化レベルの高い BNF 製造技術の開発を検討

8 二軸Ｃ処理速度５６ｇ/ｈｒ 200μm シート引引張強度 MPa 120 図３ＢＮＦ二軸Ｃ観察１００倍Ｈ１ 100 高速解繊ＢＮＦ 80 二軸Ｃリファイナー 20 0 高速解繊ＢＮＦ処理速度５３９ｇ/ｈｒろ水時間０３３,６００cc 秒図５各種ＢＮＦのろ水性と紙力強度の関係 200μm 図４ＢＮＦ高速解繊観察１００倍二軸押出機を用い高せん断速度下でパルプを処理することで高い生産性を維持しつつ良好なろ水性と強い紙力強度を両立させる高せん断速度解繊ＢＮＦ以下高速解繊ＢＮＦと呼称の製造が可能になったカチオン変性ＢＮＦ低倍率１００ 200μm シートト引張強度 MPa カチオン変性ＢＮＦ高倍率４００００図７各種ＢＮＦの紙力強度２ 100nm 図６カチオン変性ＢＮＦ観察上段１００倍下段４００００倍パルプを軽度にカチオン変性させることで電気的反発効果による易解繊性が付与されるその結果二軸押出機を用いてカチオン変性パルプを高せん断速度下で解繊すると高度にナノ化されたカチオン変性ＢＮＦが効率的に製造できることが判った

バイオナノファイバー強化不飽和ポリエステル樹脂材料の開発星光 PMC 株式会社佐藤明弘 ( 京都大学出向 ) 京都大学生存圏研究所矢野浩之中坪文明 Antonio Norio Nakagaito ( 独 ) 産業技術総合研究所李承桓遠藤貴士 1.

SEM FT IR DMA AFM 等 ) で分析した BNF 強化材料中でBNFは比較的均一に分布していることが分かったまた得られたBNF 強化材料は密度が約 1.

緒言不飽和ポリエステル樹脂は代表的な熱硬化性樹脂の 1 つでガラス繊維 (GF) で強化された不飽和ポリエステル樹脂 (FRP) は住宅機材建設資材自動車車両工業機材等の用途に幅広く使用されている GF の代わりに再生可能資源である BNF

1a 4.BNF 強化材料の外観図 1b 図 1 変性 BNF シート ( 円形 ) の概観 (a) と FE-SEM 写真 (30,000 倍一例 )(b) 500nm 3.

9 バイオナノファイバー強化不飽和ポリエステル樹脂材料の開発星光 PMC 株式会社佐藤明弘 ( 京都大学出向 ) 京都大学生存圏研究所矢野浩之中坪文明 Antonio Norio Nakagaito ( 独 ) 産業技術総合研究所李承桓遠藤貴士 1. 概要再生可能資源の利用と高強度軽量化を目指し変性バイオナノファイバー (BNF) で強化した不飽和ポリエステル樹脂材料を開発した BNF 強化材料中のBNF 比率は20-90wt% と任意に設定が可能である作製したBNF 強化材料を各種手法 (FE SEM FT IR DMA AFM 等 ) で分析した BNF 強化材料中でBNFは比較的均一に分布していることが分かったまた得られたBNF 強化材料は密度が約 1.3g/cm 3 線熱膨張係数が20ppm/K 曲げ強度が最大で約 300MPaと軽くて低熱膨張で高強度の材料であることが示された 2. 緒言不飽和ポリエステル樹脂は代表的な熱硬化性樹脂の 1 つでガラス繊維 (GF) で強化された不飽和ポリエステル樹脂 (FRP) は住宅機材建設資材自動車車両工業機材等の用途に幅広く使用されている GF の代わりに再生可能資源である BNF を使用することで次の点が期待される 1 化石資源の節減 CO2 排出量の削減 2 軽量高強度化に伴う肉薄化輸送コスト ( エネルギーの削減 ) 3 易廃棄性易リサイクル性の付与この様な背景から BNF 強化不飽和ポリエステル樹脂材料の開発を実施した図 1a 4.BNF 強化材料の外観図 1b 図 1 変性 BNF シート ( 円形 ) の概観 (a) と FE-SEM 写真 (30,000 倍一例 )(b) 500nm 3.BNF 強化材料の作製機械的処理あるいは化学処理と機械処理を組み合わせることで木材由来パルプから変性 BNF 得た後得られたBNFの水懸濁液から脱水し BNF 乾燥シートを得た ( 図 1) このシートに不飽和ポリエステル樹脂を含浸した後に加熱プレスすることでBNF 強化不飽和ポリエステル樹脂複合材料を得たこの複合材料を必要に応じて切削し各種分析試験に供した BNF 製造に用いる原料の種類やナノ解繊の程度により得られた複合材料の色目や透明性は異なった解繊度を上げるほど得られた強化材料の透明性は向上した ( 図 2) 図 2 BNF 強化複合材料の外観 ( 一例 )

4.BNF 強化材料のモルフォロジー BNF 強化不飽和ポリエステル樹脂材料より試験片を作製し表面及び断面の AFM 測定を行った平面方向厚さ方向ともに多量の BNF が均一に分布している様子が観察された ( 図 3) 図 3a 5.

伸縮図 3b 不飽和ポリエステル由来図 3 BNF 強化複合材料の AFM 測定結果 (a: 平面 b: 断面 ) 図 4 BNF 強化複合材料の切片の FT-IR チャート ( 一例 ) 7.

BNF 強化材料の強度測定例 ( 曲げ強度 ) BNF 強化不飽和ポリエステル樹脂材料より試験片を作成し曲げ強度測定を行った BNFで強化することにより複合材料の強度弾性率は大幅に向上した ( 図 5) BNF 比率が約 90% の複合材料の曲げ強度は約 300MPaとマグネシウム合金 (Mg) に迫る高い強度特性を示した ( 図 6) また

10 4.BNF 強化材料のモルフォロジー BNF 強化不飽和ポリエステル樹脂材料より試験片を作製し表面及び断面の AFM 測定を行った平面方向厚さ方向ともに多量の BNF が均一に分布している様子が観察された ( 図 3) 図 3a 5.BNF 強化材料の組成分析得られた BNF 強化不飽和ポリエステル樹脂材料の厚さ方向の組成分布を求める為ミクロトームにより厚さ方向に 40 分割し各切片を FT IR 分析に供した各切片のセルロース由来不飽和ポリエステル樹脂由来のピークの比を比較したところ誤差範囲で略同等だったことから厚さ方向で比較的組成の均一な複合材料が作製出来ていることが示唆された ( 図 4) OH 伸縮 CH 伸縮図 3b 不飽和ポリエステル由来図 3 BNF 強化複合材料の AFM 測定結果 (a: 平面 b: 断面 ) 図 4 BNF 強化複合材料の切片の FT-IR チャート ( 一例 ) 7.BNF 強化材料の線熱膨張 BNF 強化不飽和ポリエステル樹脂材料の線熱膨張係数 (CTE) を測定し各種材料と比較した BNF 強化不飽和ポリエステル樹脂複合材料の熱膨張係数は 20 23ppm/K とアルミニウムと同レベルの低熱膨張係数を示した ( 表 1) 8.BNF 強化材料の強度測定例 ( 曲げ強度 ) BNF 強化不飽和ポリエステル樹脂材料より試験片を作成し曲げ強度測定を行った BNFで強化することにより複合材料の強度弾性率は大幅に向上した ( 図 5) BNF 比率が約 90% の複合材料の曲げ強度は約 300MPaとマグネシウム合金 (Mg) に迫る高い強度特性を示した ( 図 6) また BNFの表面改質方法を工夫することで未変性の場合と比較し強度と破断伸びが向上することも確認している表 1 各種材料の線熱膨張係数 Sample 密度 CTE (g/cm 3 ) (ppm/k) 不飽和ポリエステル樹脂高速解繊 BNF 強化樹脂カチオン変性 BNF 強化樹脂アルミニウム (*1) 鋼 (*1) (*1) 小野木重治著 : 高分子材料科学日本材料学会編材料科学と材料工学より誠文堂新光社, 東京, 1973, pp 終わりに Stress,MPa カチオン変性 BNF 強化樹脂不飽和ポリエステル樹脂のみ Strain, mm/mm 図 5 BNF 強化複合材料の曲げ強度 (BNF 率 : 約 50%) Stress,MPa Mg 合金高速解繊 BNF 強化樹脂 Strain, mm/mm 図 6 BNF 強化複合材料の曲げ強度 (BNF 率 : 約 90%) 種々の工夫により軽量均一高強度低熱膨張係数の BNF 強化不飽和ポリエステル樹脂材料を開発した実用化にはまだ幾つか課題が残っており BNF 強化樹脂材料の実用化に向け更に開発を進めていきたい

11 バイオナノファイバー強化 PP 樹脂材料の開発王子製紙株式会社 ( 京都大学出向 ) 鈴木勝人京都大学矢野浩之中坪文明奥村博昭 Yeni Yanuar Jui Tahsin 1. 研究概要高強度軽量でなおかつ環境対応型であるPP 樹脂材料の開発を目的としてバイオナノファイバー (BNF) で強化したPP 樹脂材料の開発をした二軸押出機を用いて BNF の作製樹脂との混練を行い BNF 強化 PP 樹脂を作製した得られたBNF 強化樹脂材料の比重は約 1.05 線膨張係数は45.6ppm/K 引張強度は80MPa 熱変形温度は142.1 ( 負荷 1.82MPa) であり軽くて低熱膨張で高強度なおかつ熱変形の少ない材料である事が示されたまた BNF 強化 PP 樹脂材料に加えた新規添加剤を用いてBNF 強化ポリエチレン樹脂材料を作製したところ BNFを10% 含有させることで母材樹脂の約 2 倍程度の弾性率強度を示した 2.BNF 強化 PP 樹脂材料の作製方法機械的処理により解繊した BNF を二軸押出機にて PP 樹脂と溶融混練することで BNF 強化 PP 樹脂を得た得られた樹脂を射出成形機で成形して各種分析試験に供した 3.BNF 強化 PP 樹脂材料の引張強度測定例 BNF 強化複合材料中に新規添加剤を配合させる事で引張強度は約 80MPaを達成また植物系繊維材料を40% 配合したPP 複合材料と比較してBNFは30% 繊維含有率でも大幅に強度弾性率が向上 ( 図 1) BNF30%+PP+ 酸変性 PP + 新規添加剤 ress(mpa) St BNF30%+PP+ 酸変性 PP 20.0 植物系繊維材料 ( セルロース 40%) Strain(%) 図 1 BNF 強化 PP 樹脂の引張強度

12 4.BNF 強化 PP 樹脂材料の線膨張係数 BNF 強化 PP 樹脂を成形した材料の線膨張係数を測定した BNF を配合する事で大幅に線膨張係数は低下した ( 表 1) 5.BNF 強化 PP 樹脂材料の熱変形温度表 1 BNF 強化 PP 樹脂の線膨張係数材料比重 CTE(ppm/K) ポリプロピレン BNF30% BNF 強化 PP 樹脂の熱変形温度 ( 負荷 1.82MPa) を測定した BNFおよび新規添加剤を加える事で荷重たわみ温度が向上 ( ) PP BNF30%+PP+ 酸変性 PP 変位 (m mm) BNF30%+PP+ 酸変性 PP+ 新規添加剤温度 ( ) 図 2 BNF 強化 PP 樹脂の熱変形温度 6.BNF 及び新規添加剤のポリエチレンへの応用 BNF 含有率 10% となるよう高密度ポリエチレン (HDPE) 複合材料を作製 ( 酸変性 PP 新規添加剤配合 ) 試験片の引張強度を測定した所母材樹脂である HDPE と比較して弾性率強度共に約 2 倍となった ( 表 2 図 3) 表 2 BNF 強化 HDPEの引張強度材料 HDPE( 高密度ポ BNF10%+ 酸変性リエチレン ) PP+ 新規添加剤弾性率 (GPa) 強度 (MPa) Stress(MPa) BNF10%+HDPE+ 酸変性 PP + 新規添加剤 HDPE Strain(%) 図 3 BNF 強化 HDPE の引張強度

13 バイオナノファイバー強化ゴム材料の開発住友ゴム工業株式会社磯部行夫 ( 京都大学出向 ), 市川直哉京都大学生存圏研究所中谷丈史, 矢野浩之産業技術総合研究所ハイオマス研究センター李承桓, Thi thi NGE, 遠藤貴士目的 : BNF をゴム用軽量補強剤として活用するための要素技術を開発すること目標 : 軽量 / 高剛性 / 強靭の特性のバランスがポイント開発経緯特性軽量化特性剛性破壊特性物性比重 E* 破断伸び数値目標 MPa 200% 検討内容 2007 年 2008 年 2009 年 2010 年解繊方法検討二軸押出処理条件比重 : 0.99 BNF 原料検討ハルフ種類 ( リクニンの有無など ) E* : 33MPa 導入量検討増量評価目標達成破断伸び :338% 界面強化検討ケミカルによるBNF 表面の疎水化プロセス検討ゴムとの複合化の操作条件モデル検討均一分散コンホシット調製 BNF 強化ゴムの調製方法 BNFの凝集を抑制するためコムラテックスとウェットフレント A)BNFの調製パルプ ( 固形分約 30%) 二軸解繊 BNF(wet) B) 天然コムとの複合化 ( ウェットブレンド法 ) トピック 1 ~ 調製方法 ~ BNF 高速ホモシナイサー機械攪拌凝固乾燥 (40 ) NR-BNF 複合体希釈水 C) 加硫コムの調製 NR-BNF マスターハッチ天然コム (NR) ラテックス希ギ酸コム配合薬品 ( 酸化亜鉛ステアリン酸老化防止剤加硫促進剤硫黄 ) NR-BNF 複合体をオーフンロールで延ばす加硫 (150 ) 配合剤加硫剤を添加 BNF 強化ゴム

解繊方法 /BNF 原料 /BNF 導入量による天然ゴム補強効果の違い剛性 ( 弾性率 ) と破壊特性 ( 破断伸び ) の関係破断伸び / % トピック 2 ~ 基礎検討 ~ NBKP: 針葉樹漂白クラフトパルプ 600 10 部 ( 比重 0.96~0.97) NUKP: 針葉樹未漂白クラフトパルプ NBKP 強化コム ( 解繊 BAD) 500 20 部 ( 比重 098) 0.

01) 0 10 20 30 40 50 60 弾性率 (E*) / MPa NUKP 強化コム ( 解繊 BAD) NUKP 強化コム ( 解繊 GOOD) 1リクニン含有原料 (NUKP) 2 均一な解繊 (GOOD 品 ) 3 導入量制御 (20 部 ) 目標物性をクリアトピック 3 ~ 界面強化 ~ ゴム -BNF 界面の制御フェノール樹脂系接着剤 (RFL) による

14 解繊方法 /BNF 原料 /BNF 導入量による天然ゴム補強効果の違い剛性 ( 弾性率 ) と破壊特性 ( 破断伸び ) の関係破断伸び / % トピック 2 ~ 基礎検討 ~ NBKP: 針葉樹漂白クラフトパルプ部 ( 比重 0.96~0.97) NUKP: 針葉樹未漂白クラフトパルプ NBKP 強化コム ( 解繊 BAD) 部 ( 比重 098) 0.98) NBKP 強化コム ( 解繊 GOOD) 部 ( 比重 0.99) 目標範囲 20 部 ( 比重 0.99) 30 部 ( 比重 1.01) 弾性率 (E*) / MPa NUKP 強化コム ( 解繊 BAD) NUKP 強化コム ( 解繊 GOOD) 1リクニン含有原料 (NUKP) 2 均一な解繊 (GOOD 品 ) 3 導入量制御 (20 部 ) 目標物性をクリアトピック 3 ~ 界面強化 ~ ゴム -BNF 界面の制御フェノール樹脂系接着剤 (RFL) による BNF 表面処理パルプ RFL 混合二軸解繊 RFL 処理 BNF (wet) ウェットフレント混練加硫 RFL 処理 BNF 強化ゴムゴム-BNF 界面相厚みと破壊特性 7500 引張破断面 R 2 = 接着不良 7000 破壊エエネルキー / 破引張断面接着良好 5500 NR ラテックス NBKP 強化天然コム NUKP 強化天然コム RFL 処理 NUKP 強化天然コム BNF 表面の RFL 処理コム -BNF 界面接着性向上コムー BNF 界面層厚み (by AFM) / nm 破壊エネルキー向上

15 バイオナノファイバー複合材料高機能化技術の開発京都市産業技術研究所工業技術センター仙波健, 伊藤彰浩, 北川和男京都大学生存圏研究所奥村博昭, 矢野浩之 1. バイオナノファイバー (BNF) と極性ポリマーの複合化 2. バイオナノファイバー (BNF)-PP の発泡による高機能化

16 1. バイオナノファイバー (BNF) と極性ポリマーの複合化 Key point BNF 表面を化学修飾することにより, 繊維間の水素結合を阻害し, ポリマーマトリックス中に均一分散させる繊維表面の化学修飾による変化未処理 BNF 化学修飾 BNF 化学修飾により, 水中で膨潤表面状態が変化している化学修飾 BNF と極性ポリマーの複合材料化力学的特性評価 Izod 衝撃試験引張試験ノーマル試験衝撃負荷方向リバース試験衝撃負荷方向ノッチ感度評価実成形品評価結果 Izod 衝撃試験 (kj/m 2 ) 2.75J ノーマル 2.75J リバース 5.5J リバース極性ポリマー 4.5 破壊せず ( ハンマー停止 ) 破壊せず ( ハンマー通過 ) 極性ポリマー /OMMT5wt% 複合体 6.0 破壊せず ( ハンマー停止 ) 86.7 極性ポリマー /BNF5wt% 複合体 4.4 破壊せず ( ハンマー停止 ) 破壊せず ( ハンマー停止 ) OMMT: 有機化モンモリロナイト引張試験強度 (MPa) 破断ひずみ (%) 極性ポリマー極性ポリマー /OMMT5wt% 複合体極性ポリマー /BNF5wt% 複合体 Izod 衝撃試験 2.75J ノーマルでは, マトリックスである極性ポリマーと同等,OMMT 複合体より劣る 5.5J リバースでは,OMMT 複合体を上回る剛性と耐衝撃性の向上によりハンマーをブロック引張試験強度は OMMT 複合体を上回る破断ひずみは, 極性ポリマーと同等

17 分散状態の観察 [Izod破断面 1] 2.75J ノーマル極性ポリマー/BNF 5%(ノッチ近傍) 観察位置 X 5000 X 500 X X 5000 ナノ繊維分散を確認分散状態の観察 [Izod破断面 2] 2.75J ノーマル極性ポリマー/BNF 5%(中央部) 観察位置 X 5000 X 500 X X 5000 ナノ繊維分散を確認

衝撃吸収性光反射性 BNF-PP の発泡成形目標 ~1.5 倍の低発泡倍率で比強度を落とさず軽量化 ( 比重 0.8~0.

18 2. ハイオナノファイハー (BNF)-PP の発泡による高機能化コンセプト BNF コンハウントと発泡体の性質を合わせもった材料の創製 BNF 高強度低熱膨張率低環境負荷補強材期待される効果発泡核剤効果 ( 界面からも気泡発生 ) 発泡体の強度外観気泡の微細化の向上発泡体軽量性断熱性吸音性絶縁性衝撃吸収性光反射性 BNF-PP の発泡成形目標 ~1.5 倍の低発泡倍率で比強度を落とさず軽量化 ( 比重 0.8~0.9 程度 ) 評価 1 気泡性状 ( 気泡径分布気泡数密度均一性 ) 2 比重 3 曲げ試験 BNF-PP 発泡体の断面観察気泡成形発泡条件の検討添加剤の利用等により PP より軽量で弾性率強度ともに高い発泡体を作製できた

19 バイオナノファイバー研究の今後 - 化学構造から見た場合 - 京都大学生存圏研究所中坪文明 1) セルロースナノファイバ (CNF) の官能基と配列 ~4nm4 ~10nm 木材から得られるセルロースフナノァイバー (CNF) の幅はおおよそ10~20nmであるすなわち幅が10nmの場合は A 幅 4nmのミクロフィブリル (MF) が4 個が束になっていると推測される ( 右図の正面図 ) ここでは A Dの手前が非還元性末端であり B,Cの手前は還元性末端であるすなわちこの場合は平行鎖が交互に集合し全体としては逆は平行鎖となっている当然のことながら 4nmのCNF (TEMPO 酸化の場合 ) は全て平行鎖となるアルデヒド基を化学修飾 C のために利用する際には考慮すべき点である一方 CNFの側面図から CNF 分子の表面の水酸基の立体配座を見ると分子鎖に沿って一級水酸基が1.03nmの間隔で配列しセルロース分子間でも特定の距離に位置するすなわち嵩高な置換基を導入する際には考慮するべき点であるセルロース分子 B D : 水酸基 : アルデヒド基 2) 繊維側面水酸基の反応化学処理 CNF の形状 ( 置換度側鎖長 ( 低分子化合物重合 ) と剛直さ疎水性 ) 低置換度柔軟表面疎水化と複合化 (3D) 自己組織化反応性官能基 (FG) の導入高置換度剛直 : 求核的なFG (OH, SH, NH 2, N 3,-O-NH 2, Diene など ) : 求電子的なFG (C=O, -CHO, -O-C=O CN, C 三 C, Br, Dienophile 極性 C=C など)

20 3) 繊維軸方向の官能基の反応 Monofunctional NF( 幅 4nm) OH CHO CHO 1.03 nm OH CHO OH Star-composite (2D ) HO HO HO HO 4nm Hydrophilic Hydrophobic Hydrophilic Nunchaku Molecule Diblockcomposite( 2D ) Urchincomposite ( 3D ) Urchin tube ( assembled) Difunctional NF ( 幅 4nm 以上 ) 1D Block-like like composite 2D Block-like like composite 3D block-like composite (low density) 3D block-like composite (high density) 4) まとめー CNF 材料開発ー 1 どのような反応が進行するか有機化学 ( Reactions ) エステル化エーテル化アセタール化などによる官能基の導入 2 どのような分子設計ができるか高分子化学 ( Molecular designs ) Ligation 反応 Mono-, bi-, tri-function 官能基による Comb-, Block-, Dentrinized-, Star-shaped などの分子設計 3 どのような物性が期待されるか材料科学 ( Properties ) 化学的物理的安定性機械的強度, 高選択性多機能性などの機能性材料

テクノロジーレポート

テクノロジーレポート造粒タルク中央研究所開発室水本敏之 1. はじめにポリプロピレンを代表とする熱可塑性樹脂は引張り破断伸び曲げ弾性熱変性温度等の機械的物性および体積安定性を向上させるためにタルクを適正量添加して加熱溶融混練した後造粒工程を経て固形化する方法が一般的であるまた電化製品の筐体といった用途では製品の表面性状が重要視されるため添加されるタルクの平均粒径がより微細なものを使用する傾向にあるしかしながら