樹脂材料を補強するセルロースナノファイバーのドライパウダーを開発

2018-02-092021-08-10

樹脂・CNFの複合化による伸びと破断強度の向上を確認

2018年2月8日

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
株式会社スギノマシン

NEDO事業において、（株）スギノマシンは、樹脂材料を補強するセルロースナノファイバー（CNF）ドライパウダーの開発に成功しました。また、富山県立大学との共同研究で、開発したCNFドライパウダーと樹脂を複合化した場合に、伸びや破断強度の向上など特異な強度特性が現れることを確認しました。

（株）スギノマシンは、4月以降に開発品「BiNFi-sドライパウダー」のサンプル提供を開始し、樹脂以外の塗料、電子材料、化成品や自動車部材などへの応用に向けた開発に取り組んでいきます。

なお、2月14日から16日まで東京ビッグサイトで開催される「nano tech 2018」の（株）スギノマシンブースおよびNEDOブースにおいて、本開発成果のサンプル品（図1、2）などを初展示します。

図1　BiNFi-sドライパウダー

図2　BiNFi-sドライパウダー／ポリプロピレン（PP）
複合体ペレット

1．概要

セルロースナノファイバー（CNF）は、植物由来のセルロースを直径約20nm、長さ数μmにほぐすことで生まれる最先端のバイオマスナノ繊維素材です。植物繊維由来であることから、鉄鋼の5倍の強度を持ちながら軽さは5分の1と高強度・軽量性に優れ、資源の少ない日本において、森林資源を生かせる新素材として、世界中で注目されています。しかし、CNFは固形分1～10wt％程度の水に分散したゲルの状態（スラリー）で販売提供されているため、疎水性の樹脂やゴムなどの材料への複合化には、脱水や乾燥などの多くのノウハウが必要で、複合材料への応用は困難でした。また、CNFをスラリーで疎水性の樹脂やゴムなどの材料と複合化すると、CNFの凝集により均一な複合化が難しいという課題があります。

この課題を解決するため、今般、NEDOの「中堅・中小企業への橋渡し研究開発促進事業」において、株式会社スギノマシンは、自社商品として展開しているCNF（商品名：BiNFi-s（ビンフィス）※1セルロース）を独自技術で粉末化し、補強用フィラー（充填材）※2向けのBiNFi-sドライパウダー（以下、BFDP）の開発に成功しました。また、公立大学法人富山県立大学の真田教授・永田客員教授グループとの共同研究で、開発したBFDPと樹脂を複合化した場合に、複合化物が破断手前の領域で引張り伸び※3と引張り応力※4が増大するという、特異な強度特性が現れることを確認しました。今回の成果は、複合化が困難とされていた樹脂やゴムなどの材料と複合化できるCNFの先駆けとなるものです。

（株）スギノマシンは、2018年4月以降にBFDPのサンプル提供を開始するとともに、樹脂以外の塗料、電子材料、化成品や自動車部材などへの応用に向けた開発に取り組み、新たな材料への採用を目指します。またNEDOでは本事例に限らず、中小企業などが保有する技術を橋渡し研究機関の能力を活用して迅速かつ着実に実用化することを通じて、自社の技術力向上や生産方法の革新を実現する支援を継続的に実施します。

なお、2月14日から16日まで東京ビッグサイトで開催される「nano tech 2018」の（株）スギノマシンブースおよびNEDOブースにおいて、本開発成果のサンプル品などを初展示します。展示会の詳細は、以下のWebサイトをご覧ください。

nano tech 2018　超スマート社会の実現に貢献するナノテクノロジー

2．今回の成果

開発したBFDPは、BiNFi-sセルロースに化学変性を施すことなく、乾燥時の凝集を抑制しながら粉末化することで、樹脂やゴムなどへ混練する過程でCNFが凝集せずに高い分散性を示します。さらに、本開発品をポリプロピレン（PP）樹脂に添加し複合化したところ、わずか1wt％という少量添加にもかかわらず、樹脂の引張り伸びと破断時の引張り応力が、未添加のものに比べ大幅に向上しました。開発したBFDPの詳細は以下の通りです。