変性セルロースナノファイバー強化ナイロン樹脂の射出発泡成形 高分子系チーム 伊藤 彰浩，仙波 健，田熊 邦郎， 俵 正崇，西岡 聡史， 京都大学 大嶋 正裕，矢野 浩之 岡田きよみ（あなりす）｜本稿では、cnfと樹脂の混練・成形手法、及び混練樹脂の強度について解説する。cnfと樹脂との混練方法や効果向上は、日々進歩しつつある。cnfを何に使用するのか、どのように使用するか、どのような品質設計にするかによって様々な視点がある。 セルロースナノファイバーの用途や課題とは？作り方(製造方法)は？ 2015年10月にセルロースナノファイバーという新素材が実用化されつつあることが発表されました。 日本では1998年頃から研究されて … 変性セルロースナノファイバー強化ナイロン樹脂の射出発泡成形 高分子系チーム 伊藤 彰浩，仙波 健，田熊 邦郎， 俵 正崇，西岡 聡史， 京都大学 大嶋 正裕，矢野 浩之 1.1 一般名：バルカナイズドファイバー; 1.2 一般名：炭素繊維強化バルカナイズドファイバー（開発品） 2 セルロースナノファイバー成形体. （1）セルロースナノファイバー（CNF） ナノセルロースのうち太さが4～100nm、長さが5μm以上のものをセルロースナノ ファイバーと呼ぶ。2) 木材などからセルロースナノファイバーを製造する方法は物理的な方法と化学的な 方法がある。 している。自動車を構成する金属部品の中から、平成. 花王株式会社（社長・澤田道隆）は、バイオマス由来のセルロースナノファイバー（Cellulose Nanofiber. 本研究では、どのようなセルロースナノファイバーがゴムを最も効果的に補強できるのかを明らかにするため、パルプを原料として、解繊処理方法を変えることで、様々なサイズ（主に幅）のセルロースナノファイバーを調製しました。 セルロースナノファイバーは、その形状や特徴的な物性により、フィルター部材、高ガスバリア包装部材、エレクトロニクスデバイス、食品、医薬、化粧品、ヘルスケアなど様々な分野において利用が期待されています。 セルロースナノファイバーの特長と用途. 1 セルロースナノファイバー固形物. 年に引. 真空成形・圧空成形.comは、シート成形、真空成形(真空成型）、圧空成形（圧空成型）など、プラスチック・樹脂成型加工メーカーです。CNF（セルロースナノファイバー）の成形はできますか？ セルロースナノファイバー（cnf）とは CNFは、紙やパルプにはない特異的な性質を活かして、多種多様な用途への展開が期待されています。 また、植物バイオマスから取り出した天然由来の繊維であり、低炭素社会の実現にも貢献できる素材です。 28. 27. All Rights Reserved.CNFは、低せん断力下では高粘性であるため、容器を傾けてもスプレーノズルから吸引することができ、高せん断力下では急激に粘度低下するため、スプレー噴霧することができます。「亜リン酸エステル化法」は、繊維幅３～４ナノメートルまで容易に微細化でき、高い透明性を有するCNFを製造できる技術であることから、化粧品、塗料、インキ等の意匠性が要求される用途や光学系材料用途への展開が期待できます。CNFとパルプ繊維を複合化したCNF高配合の成形体は、軽量かつ高強度というCNFの特徴を活かした高性能材料であり、性能は汎用プラスチック材料を大きく上回る力学物性を示し、熱特性にも優れています。当社が開発を進めているCNFとパルプ繊維を複合化したCNF高配合の成形体は、汎用プラスチック材料と比較して高い力学物性を示し、熱特性にも優れる高性能材料です。2019年に米国コロラド州にて開催されたレース「パイクスピーク・インターナショナル・ヒルクライム」に参戦した電気自動車のボンネット、後部座席ドア等車両本体にCNF成形体ELLEX-Mを実装しました。CNFの水溶液は、静置状態で高い粘度を示します。2%水溶液は、CMC4%水溶液と同等の粘度となり、CMCよりも少ない量で粘度を増加させることができます。現在、食品等の包装には、ガスバリア性を持つ化石資源由来のフィルムが利用されていますが、CNFのガスバリア性を活かし、実用的にガスバリアシートを製造できれば、バイオマス由来のバリア包装資材への転換が可能となります。CNFには水中で油や粒子を分散安定化する機能があり、食品や塗料等への展開が期待されます。CNF水分散液の製造技術として、製造コストの低減を目的に、三島工場(愛媛県四国中央市)に設置したパイロットプラントで省エネルギー型CNF製造プロセスを開発しました。これまでプラスチック材料が利用できなかった高強度用途や耐熱性を必要とする用途など、今後、多岐にわたる用途展開が期待されます。※ この成果は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の助成事業の結果得られたものです。 セルロースナノファイバー強化樹脂（以下 「 cnfrp 」という。） で代替することで、部品軽量化に貢献することを目標と. 年度、平成. パルプや綿の繊維の直径は、数十マイクロメートルで髪の毛の数分の1程度です。実は、パルプや綿の繊維はもっと細い繊維が集まったものなのです。綿の繊維を束ねて糸にしますが、綿の繊維自体ももっと細い繊維を束ねた糸のようなものだったです。これを、ほぐすことでセルロースナノファイバーになります。簡単そうに言いますが、簡単にほぐすことができなかったので、今まで利用できませんでした。現在では、セルロースナノファイバーにほぐす方法がいくつか提案せれていて、実用的な価格で製 … この結果は、PP中でCNFが細かく解れる方法を試行錯誤した結果とのことであり、図４のグラフは、CNF膨潤剤の検討結果から得られたものである。この図は、リグニン含有セルロースのアセチル化処理により得られたCNFと樹脂を混練して作成された混錬樹脂の曲げ特性を評価した結果を示している。この問題を解決する１つの方法が、CNFの変性処理であり、変性する官能基によってはCNFの耐熱性が向上する。図４では、変性処理によってCNFの耐熱性が向上し、汎用樹脂よりも成形時温度の高い、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリエステル（PBT)などの汎用エンジニアリング樹脂にも使用可能であり、曲げ弾性率と曲げ強さが向上することがわかる。Copyright © プラスチックス・ジャパン・ドットコム All Rights Reserved.具体例として、樹脂にCNFを１０％添加したCNF混練樹脂の曲げ試験結果（曲げ特性）を表１に示す。樹脂の中で、ポリエチレン(PE)、PP、塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリスチレン(PS)は四大汎用樹脂と呼ばれ、生産量が多くて安価な熱可塑性樹脂である。そして、樹脂の生産量の半分は、PEとPPであることから、PEとPPへのCNF混練による品質向上の期待は大きい。求めるCNF濃度の樹脂を作る際には、高濃度のMBを作って希釈していくなど、CNF濃度の高い樹脂から低い樹脂に段階を追って作成していく方が、CNFの分散が良好である。その後、CNFを十分に乾燥させ、ミルを用いて空気中で解離させる。この段階で、CNFはふわふわの綿菓子状になる。それを再度、樹脂混練直前に乾燥機で乾燥させ、樹脂に混練する。図４をみると、PEでは十分なCNFの混練効果が示されているが、PPでは、曲げ弾性率および曲げ強さともにPPのみの場合と比較して1.5倍にも満たず、効果不十分の感がある。図４では、特にオレンジ部分の樹脂において、曲げ弾性率と曲げ強さが大きく向上している。CNF含有効果の高い樹脂の特徴として、それらの樹脂が極性基やヘテロ元素を持つことを考察しておく。また、可能であれば、CNF濃度の高いマスターバッチ（MB）をあらかじめ作っておくのも手である。樹脂を混錬して必要な濃度に希釈すれば、CNFの分散がより均一になる。例として、図３にポリプロピレン（PP）にCNFを５％混練した樹脂成形品を示した。水溶液をそのまま乾燥すると、図１の上中央図のようにCNFがフィルムのように固まり、機械回旋では解れない状態になってしまう。そこで、まず水溶液をよく攪拌してCNFを解離させた後、ろ過による溶媒置換、あるいは真空乾燥によって水を抜く。CNFを樹脂に混練した際、期待される性質として、強度、寸法安定性、軽量化の品質特性の向上があげられる。これらの特性を知る上で、樹脂の引張試験や曲げ試験は材料の強度評価として基本的な試験である。本稿では、CNFと樹脂の混練・成形手法、及び混練樹脂の強度について解説する。通常、セルロースは200℃付近で重量減少を起こす。リグニン含有セルロースでは耐熱温度がわずかに向上するが、220℃付近に達するとリグニンの熱変化による呈色が見られる。これらの熱特性のため、製造現場では混練時に使用する樹脂が制限されてしまう。しかし、2019年に京都市産業技術研究所が発表したデーター（図５）では、PPにCNF10％を混練した場合と、PPのみの場合の曲げ弾性率と曲げ強さ（図５では、曲げ応力と記載）を比較した結果、曲げ弾性率は2.0倍、曲げ強さは1.5倍、になり、CNF添加の十分な効果が示された。混練・成形時には、成形機を使用する必要がある。実験時には、図２に示したように、ラボミルでの混練後に樹脂を回収し、熱板などを用いて必要な形に成形する。混練・成形時は、CNFの有無だけではなく様々な条件によって混練物の性質が変化するため、十分な注意（注意する条件は、図２右に記載）が必要である。比較配合する際は、同じ条件で混練・成形しなければならない。PPと無変性のCNFは均一混練されにくい。図３では、粉体のCNFを５％PPに混練する際、事前に高濃度（20％程度）のMBを作っておき、それをPPで５％に希釈混練して成形した場合（左）と、MBを作らずに、一度に粉体CNFを５％になるようにPPに混練して成形した場合（右）の成形品を比較している。
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